SQL进阶理论篇（十二）：InnoDB中的MVCC是如何实现的？

简介

在不同的DBMS里，MVCC的实现机制是不同的。本节我们会以InnoDB举例，讲解InnoDB里MVCC的实现机制。

我们需要掌握这么几个概念：

• 事务版本号
• 行记录的隐藏列
• Undo Log
• Read View

事务版本号

什么是事务版本号？

每开启一个事务，我们就会从数据库中获得一个事务ID，这个ID就是事务的版本号。它是自增长的，通过这个ID，我们就可以判断不同事务的时间顺序。

行记录的隐藏列

什么是行记录的隐藏列？

InnoDB的叶子段里存储了数据页，数据页中保存了行记录，而在行记录里有一些比较重要的隐藏字段。

如图：

db_row_id：隐藏的行ID，用来生成默认的聚集索引。如果我们在创建数据表的时候没有指定聚集索引，那么InnoDB就会使用这个隐藏的行ID来创建聚集索引。借以提升查找效率。

db_trx_id：操作这个数据的事务ID，其实就是最后一个对该数据进行插入或者更新的事务ID。

db_roll_ptr：回滚指针，指向这个记录的Undo Log信息。

Undo Log

什么是Undo Log

InnoDB把行记录快照保存在了Undo Log里。

如图所示：

由上图可见，回滚指针其实是将这个数据行的所有快照记录，通过链表结构串联了起来。每个快照记录都保有了操作的事务ID。

当想要找历史快照的时候，就遍历回滚指针查找即可。

Read View的工作流程

read view是如何工作的？

这个比较复杂。

首先它有什么作用，我们前面讲过，Undo Log里保存了很多历史快照，那么对一个事务来讲，它应该查询哪个历史快照呢？

这时候就需要用到Read View了，其解决了行的可见性问题。

一个事务在开启时，会创建属于自己的Read View，这里面保存了事务开启时所有活跃（还没有提交）的事务列表。换个角度理解，这里面保存的其实是不应该让当前事务看到的其他所有事务。（还没提交的事务的内容，原则上是不应该被别人看到的）

Read View里有几个重要的属性：

• trx_ids：其他活跃事务的ID集合；
• low_limit_id：trx_ids中最大的事务ID；
• up_limit_id：trx_ids中最小的事务ID；
• creator_trx_id：创建这个Read View的事务ID。

如图所示，下面是一个trx_ids集合，其中最大事务为trx8，最小事务是trx2，当前事务是creator_trx_id。

如果当前事务想要读取某一行记录，而这一行记录保存的最后修改事务ID是trx_id_line，那么有这么几种情况：

如果trx_id_line < up_limit_id，即当前最小活跃事务，就说明在这些活跃事务创建之前，这个行记录就已经被提交了，那么这个行记录对该事务，应该是可见的。

如果trx_id_line > low_limit_id，说明该行记录在这些活跃的事务创建之后才创建，这个行记录对当前事务应该不可见。

如果 up_limit_id < trx_id_line < low_limit_id，说明trx_id_line 这个事务，可能在当前事务创建的时候，还处于活跃状态，所以我们可以去trx_ids里去遍历。如果找到的话，说明这个事务还没提交，那么这条记录应该不可见，没找到的话，说明事务已经提交了，该行记录可见。

原理简单的说，就是在creator_trx_id这个事务创建的时候，如果trx_id_line这个事务是活跃的，那么它对应的行记录是不可见的；如果不是活跃的，那么对应的行记录就是可见的。这个其实就是避免脏读的概念。只不过是通过事务ID大小比较的方式来实现的。

最后，我们串一串完整的流程，当查询一条记录的时候，系统到底是如何通过多版本并发控制技术来找到它的:

1. 获取当前事务自己的版本号，即事务ID；
2. 获取自己的Read View；
3. 查询得到的行记录数据，与Read View中的活跃事务版本号进行比较；
4. 如果行记录符合Read View的规则，即行记录对当前事务可见，那就直接读这条行记录；如果行记录不符合Read View的规则，即行记录对当前事务不可见（原因见上），那就去Undo Log里获取该行记录符合情况的历史快照；
5. 最后返回符合规则的数据。

因此，在InnoDB中，MVCC是通过Undo Log + Read View来进行数据读取，Undo Log保存了数据的历史快照，而Read View帮助我们判断当前最新版本的数据是否可见，不可见，那就去Undo Log里取历史。

总结

MVCC是通过乐观锁思想，来保证事务的隔离。

MVCC 的核心就是 Undo Log+ Read View，“MV”就是通过 Undo Log 来保存数据的历史版本，实现多版本的管理，“CC”是通过 Read View 来实现管理，通过 Read View 原则来决定数据是否显示。

需要注意，针对不同的隔离级别，Read View 的生成策略不同。或者说，根据Read View的生成策略不同，MVCC得以实现不同的隔离级别。

当隔离级别是读已提交时，一个事务中，每次select查询都会获取一次Read View，如果每次获取到的Read View不同，就会产生不可重复读或者幻读的情况。

当隔离级别是可重复读的时候，一个事务只在第一次select 的时候获取一次Read View，之后的select都是对这个Read View的复用（解决了不可重复读的问题）。同时，在可重复读的隔离级别下，InnoDB会采用MVCC + Next-Key锁的机制来避免幻读问题。

那当隔离级别是读未提交时，就不合适用MVCC来控制了。因为根本就不需要用版本控制了，大家都直接读最新的行记录就可以了。

InnoDB中有三种行级锁：

• 记录锁：对单个行记录添加锁；
• 间隙锁（Gap Locking）：锁住一个范围，但不包括记录本身。采用间隙锁可以防止幻读的产生（应该是锁住范围，不让范围增加或者减少，但是对记录的update应该还是可以的，估计防止不了不可重复读）。
• Next-Key锁：锁住一个范围，同时锁定范围本身，相当于是间隙锁+记录锁。

在读已提交的情况下，InnoDB采用的是记录锁；在可重复读的隔离级别下，InnoDB会采用Next-Key锁的机制。

参考文献

1. 31丨为什么大部分RDBMS都会支持MVCC？