数据库(四):多版本并发控制MVCC,行锁的衍生版本,记录锁,间隙锁, Next-Key锁(邻键锁)
文章目录
- 前言
- 一、MVCC以及MVCC的缺点
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- 1.1 MVCC可以为数据库解决什么问题
- 1.2 MVCC的基本思想
- 1.3 版本号
- 1.4 Undo日志
- 1.5 ReadView
- 1.6 快照读和当前读
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- 1.6.1 快照读
- 1.6.2 当前读
- 二、记录锁
- 三、间隙锁
- 四、邻键锁
- 总结
前言
一、MVCC以及MVCC的缺点
MVCC，即多版本并发控制，是InnoDB机制中的一种用来解决读写冲突的无锁并发机制。
我们可以简单认为MVCC式行锁的变种。在表锁中我们的读写是阻塞的，基于提升并发性能的考虑，MVCC一般读写是不阻塞的（很多情况避免了加锁的操作）。
MVCC解决了脏读和不可重复读的问题，但是在某些情况仍然没有解决幻影读的问题。这就是为什么我们要引入接下来的邻键锁Next-Key Locks。
1.1 MVCC可以为数据库解决什么问题
在并发读写数据库的时候，可以做到在读操作时不用阻塞写操作，写操作也不用阻塞读操作，提高了数据库并发读写的性能。
同时可以解决脏读和不可重复读的问题。
1.2 MVCC的基本思想
之前我们介绍了行锁和表锁，我们知道在操作数据库中的索引的时候会加上行锁，在操作数据库中的非索引字段的时候会加上表锁。然而在实际场景中读操作往往多于写操作，因此我们又引入了读写锁来避免不必要的加锁操作，例如读和读之间没有互斥关系。 读写锁中读和写操作仍然是互斥的。
MVCC中的基本思想就是写操作更新最新的版本快照，而读操作去读旧版本的快照，两者没有互斥关系。
MVCC的核心组成部分可以分为版本号，undo日志以及readview。
1.3 版本号
- 系统版本号 SYS_ID：是一个递增的数字，每开始一个新的事务，系统版本号就会自动递增。
- 事务版本号 TRX_ID ：事务开始时的系统版本号。
1.4 Undo日志
MVCC 的多版本指的是多个版本的快照，快照存储在 Undo 日志中，该日志通过回滚指针 ROLL_PTR 把一个数据行的所有快照连接起来。
例如在 MySQL 创建一个表 t，包含主键 id 和一个字段 x。我们先插入一个数据行，然后对该数据行执行两次更新操作。
INSERT INTO t(id, x) VALUES(1, "a");
UPDATE t SET x="b" WHERE id=1;
UPDATE t SET x="c" WHERE id=1;
因为没有使用 START TRANSACTION 将上面的操作当成一个事务来执行，根据 MySQL 的 AUTOCOMMIT 机制，每个操作都会被当成一个事务来执行，所以上面的操作总共涉及到三个事务。快照中除了记录事务版本号 TRX_ID 和操作之外，还记录了一个 bit 的 DEL 字段，用于标记是否被删除。
INSERT、UPDATE、DELETE 操作会创建一个日志，并将事务版本号 TRX_ID 写入。DELETE 可以看成是一个特殊的 UPDATE，还会额外将 DEL 字段设置为 1。
1.5 ReadView
MVCC 维护了一个 ReadView 结构，主要包含了当前系统未提交的事务列表 TRX_IDs {TRX_ID_1, TRX_ID_2, …}，还有该列表的最小值 TRX_ID_MIN 和 TRX_ID_MAX。
在进行 SELECT 操作时，根据数据行快照的 TRX_ID 与 TRX_ID_MIN 和 TRX_ID_MAX 之间的关系，从而判断数据行快照是否可以使用：
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TRX_ID < TRX_ID_MIN，表示该数据行快照时在当前所有未提交事务之前进行更改的，因此可以使用。
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TRX_ID > TRX_ID_MAX，表示该数据行快照是在事务启动之后被更改的，因此不可使用。
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TRX_ID_MIN <= TRX_ID <= TRX_ID_MAX，需要根据数据库隔离级别再进行判断：
3.1. 提交读(Read Commited)：如果 TRX_ID 在 TRX_IDs 列表中，表示该数据行快照对应的事务还未提交，则该快照不可使用。否则表示已经提交，可以使用。
3.2. 可重复读(Read Repeatable)：无论TRX_ID 在不在 TRX_IDs 列表中都不可以使用。因为如果可以使用的话，那么其它事务也可以读到这个数据行快照并进行修改，那么当前事务再去读这个数据行得到的值就会发生改变，也就是出现了不可重复读问题。
在数据行快照不可使用的情况下，需要沿着 Undo Log 的回滚指针 ROLL_PTR 找到下一个快照，再进行上面的判断。
1.6 快照读和当前读
1.6.1 快照读
MVCC中的select操作是快照中的数据，不需要进行加锁操作。
1.6.2 当前读
MVCC 其它会对数据库进行修改的操作（INSERT、UPDATE、DELETE）需要进行加锁操作，从而读取最新的数据。可以看到 MVCC 并不是完全不用加锁，而只是避免了 SELECT 的加锁操作。
在进行 SELECT 操作时，可以强制指定进行加锁操作。以下第一个语句需要加 S 锁，第二个需要加 X 锁。
SELECT * FROM table WHERE ? lock in share mode;
SELECT * FROM table WHERE ? for update;