MySQL—MVCC
接下来我们来详细讨论一下MVCC具体是怎样实现读已提交和可重复读这两种隔离级别的。
什么是版本链
我们前边说过，对于使用InnoDB存储引擎的表来说，它的聚簇索引记录中都包含两个必要的隐藏列（row_id并不是必要的，我们创建的表中有主键或者非NULL的UNIQUE键时都不会包含row_id列）请参考MySQL—InnoDB记录结构：
-
trx_id：每次一个事务对某条聚簇索引记录进行改动时，都会把该事务的事务id赋值给trx_id隐藏列。 -
roll_pointer：每次对某条聚簇索引记录进行改动时，都会把旧的版本写入到undo日志中，然后这个隐藏列就相当于一个指针，可以通过它来找到该记录修改前的信息。
比方说我们的表hero现在只包含一条记录：
mysql> SELECT * FROM hero;
+--------+--------+---------+
| number | name | country |
+--------+--------+---------+
| 1 | 刘备 | 蜀 |
+--------+--------+---------+
1 row in set (0.07 sec)
假设插入该记录的事务id为80，那么此刻该条记录的示意图如下所示：
假设之后两个事务id分别为100、200的事务对这条记录进行UPDATE操作，操作流程如下：
每次对记录进行改动，都会记录一条undo日志，每条undo日志也都有一个roll_pointer属性（INSERT操作对应的undo日志没有该属性，因为该记录并没有更早的版本），可以将这些undo日志都连起来，串成一个链表，所以现在的情况就像下图一样：
对该记录每次更新后，都会将旧值放到一条undo日志中，就算是该记录的一个旧版本，随着更新次数的增多，所有的版本都会被roll_pointer属性连接成一个链表，我们把这个链表称之为版本链，版本链的头节点就是当前记录最新的值。另外，每个版本中还包含生成该版本时对应的事务id，这个信息很重要，我们稍后就会用到。
版本链也是实现MVCC的基础，换句话说MVCC的实现是基于Undo log的。
ReadView
对于使用READ UNCOMMITTED隔离级别的事务来说，由于可以读到未提交事务修改过的记录，所以直接读取记录的最新版本就好了；对于使用SERIALIZABLE隔离级别的事务来说，设计InnoDB的大叔规定使用加锁的方式来访问记录（加锁是啥我们后续文章中说哈）；对于使用READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔离级别的事务来说，都必须保证读到已经提交了的事务修改过的记录，也就是说假如另一个事务已经修改了记录但是尚未提交，是不能直接读取最新版本的记录的，核心问题就是：需要判断一下版本链中的哪个版本是当前事务可见的。为此，设计InnoDB的大叔提出了一个ReadView的概念，这个ReadView中主要包含4个比较重要的内容：
-
m_ids：表示在生成ReadView时当前系统中活跃的读写事务的事务id列表。 -
min_trx_id：表示在生成ReadView时当前系统中活跃的读写事务中最小的事务id，也就是m_ids中的最小值。 -
max_trx_id：表示生成ReadView时系统中应该分配给下一个事务的id值。小贴士： 注意max_trx_id并不是m_ids中的最大值，事务id是递增分配的。比方说现在有id为1，2，3这三个事务，之后id为3的事务提交了。那么一个新的读事务在生成ReadView时，m_ids就包括1和2，min_trx_id的值就是1，max_trx_id的值就是4。 -
creator_trx_id：表示生成该ReadView的事务的事务id。小贴士： 我们前边说过，只有在对表中的记录做改动时（执行INSERT、DELETE、UPDATE这些语句时）才会为事务分配事务id，否则在一个只读事务中的事务id值都默认为0。
有了这个ReadView，这样在访问某条记录时，只需要按照下边的步骤判断记录的某个版本是否可见：
-
如果被访问版本的
trx_id属性值与ReadView中的creator_trx_id值相同，意味着当前事务在访问它自己修改过的记录，所以该版本可以被当前事务访问。 -
如果被访问版本的
trx_id属性值小于ReadView中的min_trx_id值，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView前已经提交，所以该版本可以被当前事务访问。 -
如果被访问版本的
trx_id属性值大于ReadView中的max_trx_id值，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView后才开启，所以该版本不可以被当前事务访问。 -
如果被访问版本的
trx_id属性值在ReadView的min_trx_id和max_trx_id之间，那就需要判断一下trx_id属性值是不是在m_ids列表中，如果在，说明创建ReadView时生成该版本的事务还是活跃的，该版本不可以被访问；如果不在，说明创建ReadView时生成该版本的事务已经被提交，该版本可以被访问。
如果某个版本的数据对当前事务不可见的话，那就顺着版本链找到下一个版本的数据，继续按照上边的步骤判断可见性，依此类推，直到版本链中的最后一个版本。如果最后一个版本也不可见的话，那么就意味着该条记录对该事务完全不可见，查询结果就不包含该记录。
在MySQL中，READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔离级别的的一个非常大的区别就是它们生成ReadView的时机不同。我们还是以表hero为例来，假设现在表hero中只有一条由事务id为80的事务插入的一条记录：
mysql> SELECT * FROM hero;
+--------+--------+---------+
| number | name | country |
+--------+--------+---------+
| 1 | 刘备 | 蜀 |
+--------+--------+---------+
1 row in set (0.07 sec)
接下来看一下READ COMMITTED和REPEATABLE READ所谓的生成ReadView的时机不同到底不同在哪里。
READ COMMITTED —— 每次读取数据前都生成一个ReadView
比方说现在系统里有两个事务id分别为100、200的事务在执行：
# Transaction 100
BEGIN;
UPDATE hero SET name = '关羽' WHERE number = 1;
UPDATE hero SET name = '张飞' WHERE number = 1;
# Transaction 200
BEGIN;
# 更新了一些别的表的记录
...
小贴士：
再次强调一遍，事务执行过程中，只有在第一次真正修改记录时（比如使用INSERT、DELETE、UPDATE语句），才会被分配一个单独的事务id，这个事务id是递增的。所以我们才在Transaction 200中更新一些别的表的记录，目的是让它分配事务id。
此刻，表hero中number为1的记录得到的版本链表如下所示：
假设现在有一个使用READ COMMITTED隔离级别的事务开始执行：
# 使用READ COMMITTED隔离级别的事务
BEGIN;
# SELECT1：Transaction 100、200未提交
SELECT * FROM hero WHERE number = 1; # 得到的列name的值为'刘备'
这个SELECT1的执行过程如下：
-
在执行
SELECT语句时会先生成一个ReadView，ReadView的m_ids列表的内容就是[100, 200]，min_trx_id为100，max_trx_id为201，creator_trx_id为0。 -
然后从版本链中挑选可见的记录，从图中可以看出，最新版本的列
name的内容是'张飞'，该版本的trx_id值为100，在m_ids列表内，所以不符合可见性要求，根据roll_pointer跳到下一个版本。 -
下一个版本的列
name的内容是'关羽'，该版本的trx_id值也为100，也在m_ids列表内，所以也不符合要求，继续跳到下一个版本。 -
下一个版本的列
name的内容是'刘备'，该版本的trx_id值为80，小于ReadView中的min_trx_id值100，所以这个版本是符合要求的，最后返回给用户的版本就是这条列name为'刘备'的记录。
之后，我们把事务id为100的事务提交一下，就像这样：
# Transaction 100
BEGIN;
UPDATE hero SET name = '关羽' WHERE number = 1;
UPDATE hero SET name = '张飞' WHERE number = 1;
COMMIT;
然后再到事务id为200的事务中更新一下表hero中number为1的记录：
# Transaction 200
BEGIN;
# 更新了一些别的表的记录
...
UPDATE hero SET name = '赵云' WHERE number = 1;
UPDATE hero SET name = '诸葛亮' WHERE number = 1;
此刻，表hero中number为1的记录的版本链就长这样：
然后再到刚才使用READ COMMITTED隔离级别的事务中继续查找这个number为1的记录，如下：
# 使用READ COMMITTED隔离级别的事务
BEGIN;
# SELECT1：Transaction 100、200均未提交
SELECT * FROM hero WHERE number = 1; # 得到的列name的值为'刘备'
# SELECT2：Transaction 100提交，Transaction 200未提交
SELECT * FROM hero WHERE number = 1; # 得到的列name的值为'张飞'
这个SELECT2的执行过程如下：
-
在执行
SELECT语句时会又会单独生成一个ReadView，该ReadView的m_ids列表的内容就是[200]（事务id为100的那个事务已经提交了，所以再次生成快照时就没有它了），min_trx_id为200，max_trx_id为201，creator_trx_id为0。 -
然后从版本链中挑选可见的记录，从图中可以看出，最新版本的列
name的内容是'诸葛亮'，该版本的trx_id值为200，在m_ids列表内，所以不符合可见性要求，根据roll_pointer跳到下一个版本。 -
下一个版本的列
name的内容是'赵云'，该版本的trx_id值为200，也在m_ids列表内，所以也不符合要求，继续跳到下一个版本。 -
下一个版本的列
name的内容是'张飞'，该版本的trx_id值为100，小于ReadView中的min_trx_id值200，所以这个版本是符合要求的，最后返回给用户的版本就是这条列name为'张飞'的记录。
以此类推，如果之后事务id为200的记录也提交了，再此在使用READ COMMITTED隔离级别的事务中查询表hero中number值为1的记录时，得到的结果就是'诸葛亮'了，具体流程我们就不分析了。总结一下就是：使用READ COMMITTED隔离级别的事务在每次查询开始时都会生成一个独立的ReadView。
REPEATABLE READ —— 在第一次读取数据时生成一个ReadView
对于使用REPEATABLE READ隔离级别的事务来说，只会在第一次执行查询语句时生成一个ReadView，之后的查询就不会重复生成了。我们还是用例子看一下是什么效果。
比方说现在系统里有两个事务id分别为100、200的事务在执行：
# Transaction 100
BEGIN;
UPDATE hero SET name = '关羽' WHERE number = 1;
UPDATE hero SET name = '张飞' WHERE number = 1;
# Transaction 200
BEGIN;
# 更新了一些别的表的记录
...
此刻，表hero中number为1的记录得到的版本链表如下所示：
假设现在有一个使用REPEATABLE READ隔离级别的事务开始执行：
# 使用REPEATABLE READ隔离级别的事务
BEGIN;
# SELECT1：Transaction 100、200未提交
SELECT * FROM hero WHERE number = 1; # 得到的列name的值为'刘备'
这个SELECT1的执行过程如下：
-
在执行
SELECT语句时会先生成一个ReadView，ReadView的m_ids列表的内容就是[100, 200]，min_trx_id为100，max_trx_id为201，creator_trx_id为0。 -
然后从版本链中挑选可见的记录，从图中可以看出，最新版本的列
name的内容是'张飞'，该版本的trx_id值为100，在m_ids列表内，所以不符合可见性要求，根据roll_pointer跳到下一个版本。 -
下一个版本的列
name的内容是'关羽'，该版本的trx_id值也为100，也在m_ids列表内，所以也不符合要求，继续跳到下一个版本。 -
下一个版本的列
name的内容是'刘备'，该版本的trx_id值为80，小于ReadView中的min_trx_id值100，所以这个版本是符合要求的，最后返回给用户的版本就是这条列name为'刘备'的记录。
之后，我们把事务id为100的事务提交一下，就像这样：
# Transaction 100
BEGIN;
UPDATE hero SET name = '关羽' WHERE number = 1;
UPDATE hero SET name = '张飞' WHERE number = 1;
COMMIT;
然后再到事务id为200的事务中更新一下表hero中number为1的记录：
# Transaction 200
BEGIN;
# 更新了一些别的表的记录
...
UPDATE hero SET name = '赵云' WHERE number = 1;
UPDATE hero SET name = '诸葛亮' WHERE number = 1;
此刻，表hero中number为1的记录的版本链就长这样：
然后再到刚才使用REPEATABLE READ隔离级别的事务中继续查找这个number为1的记录，如下：
# 使用REPEATABLE READ隔离级别的事务
BEGIN;
# SELECT1：Transaction 100、200均未提交
SELECT * FROM hero WHERE number = 1; # 得到的列name的值为'刘备'
# SELECT2：Transaction 100提交，Transaction 200未提交
SELECT * FROM hero WHERE number = 1; # 得到的列name的值仍为'刘备'
这个SELECT2的执行过程如下：
-
因为当前事务的隔离级别为
REPEATABLE READ，而之前在执行SELECT1时已经生成过ReadView了，所以此时直接复用之前的ReadView，之前的ReadView的m_ids列表的内容就是[100, 200]，min_trx_id为100，max_trx_id为201，creator_trx_id为0。 -
然后从版本链中挑选可见的记录，从图中可以看出，最新版本的列
name的内容是'诸葛亮'，该版本的trx_id值为200，在m_ids列表内，所以不符合可见性要求，根据roll_pointer跳到下一个版本。 -
下一个版本的列
name的内容是'赵云'，该版本的trx_id值为200，也在m_ids列表内，所以也不符合要求，继续跳到下一个版本。 -
下一个版本的列
name的内容是'张飞'，该版本的trx_id值为100，而m_ids列表中是包含值为100的事务id的，所以该版本也不符合要求，同理下一个列name的内容是'关羽'的版本也不符合要求。继续跳到下一个版本。 -
下一个版本的列
name的内容是'刘备'，该版本的trx_id值为80，小于ReadView中的min_trx_id值100，所以这个版本是符合要求的，最后返回给用户的版本就是这条列c为'刘备'的记录。
也就是说两次SELECT查询得到的结果是重复的，记录的列c值都是'刘备'，这就是可重复读的含义。如果我们之后再把事务id为200的记录提交了，然后再到刚才使用REPEATABLE READ隔离级别的事务中继续查找这个number为1的记录，得到的结果还是'刘备'，具体执行过程大家可以自己分析一下。
MVCC小结
从上边的描述中我们可以看出来，所谓的MVCC（Multi-Version Concurrency Control ，多版本并发控制）指的就是在使用READ COMMITTD、REPEATABLE READ这两种隔离级别的事务在执行普通的SEELCT操作时访问记录的版本链的过程，这样子可以使不同事务的读-写、写-读操作并发执行，从而提升系统性能。READ COMMITTD、REPEATABLE READ这两个隔离级别的一个很大不同就是：生成ReadView的时机不同，READ COMMITTD在每一次进行普通SELECT操作前都会生成一个ReadView，而REPEATABLE READ只在第一次进行普通SELECT操作前生成一个ReadView，之后的查询操作都重复使用这个ReadView就好了。