深入解析MVCC中Undo Log版本底层存储读取逻辑

一、引言

多版本并发控制（MVCC，Multi-Version Concurrency Control）是一种广泛应用于关系数据库管理系统中的并发控制技术。它通过保存数据的历史版本，使得在事务并发执行时，每个事务都能看到数据的一致性视图。在MVCC中，Undo Log起着至关重要的作用，本文将详细阐述MVCC的版本控制逻辑以及Undo Log在其中的底层存储读取机制。

二、MVCC版本控制逻辑

1. 版本生成

在MVCC中，每当数据发生修改时，系统会为修改前的数据生成一个版本。这个版本包含了数据的前映像，即修改前的值。版本号通常是一个递增的序列，用于标识不同版本的数据。

1. 事务可见性

MVCC通过事务的可见性来判断数据版本是否对当前事务可见。事务的可见性规则如下：

（1）事务读取数据时，只能看到小于等于事务开始时的版本号的数据； （2）事务修改数据时，会生成一个新的版本，版本号大于当前事务的版本号； （3）事务提交后，修改后的数据版本才会对其他事务可见。

1. 版本链

为了实现数据的多个版本，MVCC采用版本链来组织数据。版本链由多个版本组成，每个版本包含以下信息：

（1）版本号； （2）数据前映像； （3）指向下一个版本的指针。

三、Undo Log底层存储读取逻辑

1. Undo Log简介

Undo Log是MVCC实现的关键部分，用于在事务回滚时撤销已提交的操作。在数据修改过程中，Undo Log记录了数据的前映像，以便在需要时恢复到修改前的状态。

1. Undo Log存储结构

Undo Log通常采用以下存储结构：

（1）事务ID：标识修改数据的事务； （2）操作类型：如插入、更新、删除等； （3）数据前映像：修改前的数据值； （4）指向下一个Undo Log的指针。

1. Undo Log读取逻辑

（1）当事务需要读取数据时，首先从版本链中找到符合可见性规则的最新版本； （2）如果找到的版本是由当前事务修改的，则直接读取该版本的数据； （3）如果找到的版本是由其他事务修改的，则需要根据Undo Log回溯到符合可见性规则的版本； （4）从Undo Log中读取数据前映像，恢复到修改前的状态； （5）返回恢复后的数据给事务。

假设我们有一个简单的银行账户表，其中包含账户ID和余额两个字段。我们将通过一个事务更新账户余额，并在这个过程中展示MVCC和Undo Log是如何工作的。

初始状态

账户表：

账户ID | 余额
-------|------
1      | 1000

事务开始

假设事务T1开始，并打算将账户1的余额增加200。

版本生成

在MVCC中，当事务T1尝试修改余额时，系统会为当前余额生成一个版本（版本号V1），并记录Undo Log。

账户表（版本链）：

账户ID | 余额 | 版本号 | Undo Log
-------|------|--------|---------
1      | 1000 | V1     | 无

Undo Log（存储结构）：

事务ID | 操作类型 | 数据前映像 | 指向下一个Undo Log的指针
-------|---------|-----------|---------------------
T1     | 更新    | 1000      | NULL

事务修改数据

事务T1将余额从1000增加到1200，并生成新版本（版本号V2）。

账户表（版本链）：

账户ID | 余额 | 版本号 | Undo Log
-------|------|--------|---------
1      | 1200 | V2     | 指向T1的Undo Log

Undo Log（存储结构）：

事务ID | 操作类型 | 数据前映像 | 指向下一个Undo Log的指针
-------|---------|-----------|---------------------
T1     | 更新    | 1000      | NULL

事务读取数据

现在，假设有另一个事务T2开始，并尝试读取账户1的余额。

1. 事务T2查找版本链，找到最新版本V2。
2. 由于版本V2是由事务T1创建的，并且T1尚未提交，事务T2需要根据MVCC的规则找到自己可见的版本。
3. 事务T2根据Undo Log回溯到版本V1，因为V1是T2开始时存在的版本。

Undo Log读取逻辑

事务T2按照以下步骤读取数据：

1. 查找版本链，发现最新版本是V2。
2. 检查版本V2的事务ID，发现是T1。
3. 由于T1尚未提交，T2不能读取V2。
4. 查找T1的Undo Log，读取数据前映像1000。
5. 使用Undo Log中的前映像恢复数据到版本V1的状态。

事务T2读取结果

事务T2读取到的账户余额是1000，因为它只能看到自己开始时存在的数据版本。

事务提交

如果事务T1提交，那么版本V2将对所有新开始的事务可见。此时，如果新的事务T3开始并读取账户余额，它将直接看到版本V2的数据1200。

通过这个例子，我们可以看到MVCC和Undo Log如何协同工作，以确保事务的隔离性和数据的一致性。Undo Log在这里起到了至关重要的作用，它记录了数据修改的历史，使得事务能够在需要时回滚到之前的状态。

四、总结

本文详细阐述了MVCC中Undo Log版本底层存储读取逻辑。通过版本链和Undo Log，MVCC实现了数据的多版本控制，保证了事务的隔离性和一致性。在实际应用中，了解MVCC的底层原理对于优化数据库性能和解决并发问题具有重要意义。