【Mysql】MVCC

【Mysql】MVCC

文章目录

  • 【Mysql】MVCC
    • 1. 基本概念
      • 1.1 当前读
      • 1.2 快照读
      • 1.3 MVCC
    • 2. 隐藏字段
      • 2.1 测试
    • 3. undo log
      • 3.1 介绍
      • 3.2 版本链
    • 4. readView
    • 5. 原理分析
      • 5.1 RC隔离级别
      • 5.2 RR隔离级别

1. 基本概念

1.1 当前读

当前读:当前读 读取的是记录的最新版本,读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录,会对读取的记录进行加锁。

对于日常操作,如:select ... lock in share mode (共享锁)、select ... for updateupdateinsertdelete 都是一种当前读。

测试:

【Mysql】MVCC_第1张图片

当前事务的隔离级别为 可重复读,在该隔离级别下事务A仍可以读取到事务B新提交的数据,因为在查询语句后面加上了 lock in share mode 共享锁,此时执行的是当前读操作,当然,加排他锁的时候执行的也是当前读操作。


1.2 快照读

快照读:简单的select操作(不加锁)就算快照读,读取的是记录数据的可见版本,有可能是历史数据,不加锁,是非阻塞读。

  • Read Committed(读 已提交):每次select都生成一个快照读。
  • Repeatable Read(可重复读):开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。
  • Serializable(串行化):快照读会退化为当前读。

测试:

【Mysql】MVCC_第2张图片

在测试中,我们看到即使事务B提交了数据,事务A中也查询不到。 原因就是因为普通的select是快照读,而在当前默认的RR隔离级别下,开启事务后第一个select语句才是快照读的地方,后面执行相同的select语句都是从快照中获取数据,可能不是当前的最新数据,这样也就保证了可重复读。


1.3 MVCC

MVCC:全称 Multi-Version Concurrency Control ,多版本并发控制。指维护一个数据的多个版本,使得读写操作没有冲突,快照读为mysql实现mvcc提供了一个非阻塞读功能。MVCC的具体实现还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段undo log日志readView


2. 隐藏字段

在我们创建表的时候除了我们指定的字段外,InnoDB还会自动给我们添加三个隐藏字段:

  1. DB_TRX_ID:最近修改事务ID,记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID。
  2. DB_ROLL_PTR:回滚指针,指向这条记录的上一个版本,用于配合 undo log ,指向上一个版本。
  3. DB_ROW_ID:隐藏主键,如果表结构没有指定主键,将会生成该隐藏字段。

前两个字段是一定会生成的,而最后一个字段是否生成则要根据表是否有主键而定。


2.1 测试

1)查看stu表中是否含有隐藏字段

进入该表所在的数据库文件 /var/lib/mysql/itcast/ ,查看stu的表结构信息:

ibd2sdi stu.ibd

查看表结构信息中,除我们指定的字段外,还有额外的两个字段,分别是:DB_TRX_ID 、 DB_ROLL_PTR ,因为该表有主键,所以没有DB_ROW_ID 隐藏字段。

2)查看没有主键的employee表

ibd2sdi employee.ibd

查看到的表结构信息中,有一栏 columns,在其中我们会看到处理我们建表时指定的字段以外,还有 额外的三个字段 分别是:DB_TRX_ID 、 DB_ROLL_PTR 、DB_ROW_ID,因为employee表是没有 指定主键的。


3. undo log

3.1 介绍

undo log:回滚日志,在insert、update、delete的时候产生的便于数据回滚的日志。

当insert的时候,产生的undo log日志只在回滚时需要,在事务提交后,可被立即删除。

而update、delete的时候,产生的undo log日志不仅在回滚时需要,在快照读时也需要,不会立即被删除。


3.2 版本链

有一张表的原始数据为:

【Mysql】MVCC_第3张图片

  • DB_TRX_ID:代表最近修改事务id,记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务id,是自增的。
  • DB_ROLL_PTR:由于这条数据是刚插入的还没有被更新过,所以该字段值为null。

有四个并发事务同时在访问这张表:

A.第一步

【Mysql】MVCC_第4张图片

当事务2执行第一条修改语句时,会记录undo log,记录数据变更之前的样子;然后更新记录,并记录本次操作的事务ID和回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

【Mysql】MVCC_第5张图片


B.第二步

【Mysql】MVCC_第6张图片

当事务3执行第一条修改语句时,也会记录 undo log 日志,记录数据变更之前的样子;然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID和回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

【Mysql】MVCC_第7张图片


C.第三步

【Mysql】MVCC_第8张图片

当事务4执行第一条修改语句时,也会记录 undo log 日志,记录数据变更之前的样子,然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID和回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

【Mysql】MVCC_第9张图片


我们发现,不同事务或相同事务对同一条记录进行修改,会导致该记录的undo log生成一条记录版本链表,链表的头部是最新的旧纪录,链表的尾部是最早的旧纪录。


4. readView

ReadView(读视图)是快照读,sql执行时MVCC提取数据的依据,记录并维护系统当前活跃的事务(未提交的)id。

Read中包含了四个核心字段:

  1. m_ids:当前活跃的事务ID集合
  2. min_trx_id:最小活跃事务ID
  3. max_trx_id:预分配事务ID,当前最大事务ID+1(因为事务id是自增的)
  4. creator_trx_id:ReadView创建者的事务id

而在readview中规定了版本链数据的访问规则:

trx_id代表当前undolog版本链对应的事务ID。

条件 是否可以访问 说明
trx_id == creator_trx_id 可以访问该版本 成立,说明数据是当前这个事务更改的。
trx_id < min_trx_id 可以访问该版本 成立,说明数据已经提交了。
trx_id > max_trx_id 不可以访问该版本 成立,说明该事务是在 ReadView生成后才开启。
min_trx_id <= trx_id <= max_trx_id 如果trx_id不在m_ids中, 是可以访问该版本的 成立,说明数据已经提交。

不同的隔离级别,生成ReadView的时机不同:

  • READ COMMITTED:在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。
  • REPEATABLE READ:仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView,后续复用该ReadView。

5. 原理分析

5.1 RC隔离级别

RC隔离级别下,在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。

分析事务5中两次快照读读取数据是如何获取的。

在事务5中,查询了两次id为30的记录,由于隔离级别为READ COMMITTED,所以每一次进行快照读都会生成一个ReadView,那么两次生成的ReadView如下:

【Mysql】MVCC_第10张图片

那么这两次快照读在获取数据时就需要根据所生成的ReadView以及ReadView的版本链访问规则,到undolog版本链中匹配数据,最终决定此次快照读返回的数据。

A.先来看看第一次快照读具体的读取过程:

【Mysql】MVCC_第11张图片

在进行匹配时,会从undo log的版本链,从上到下进行挨个匹配:

1)

先匹配image-20230330144922692这条记录,这条记录对应的trx_id为4,也就是将4带入右侧的匹配规则中。这四条规则都不符合,那么就继续匹配 undo log 版本链的下一条。

2)

匹配第二条,image-20230330145209249,这条记录对应的trx_id为3,也就是将3带入右侧的匹配规则中。同样是四条规则都不满足,继续匹配版本链的下一条。

3)

匹配第三条,image-20230330145346102这条记录对应的trx_id为2,也就是将2带入右侧的匹配规则中,满足第二条规则终止匹配,此次快照读返回的数据就是版本链中记录的这条数据。


B.再来看看第二次快照读具体的读取过程:

【Mysql】MVCC_第12张图片

在进行匹配时,会从undo log的版本链,从上到下进行挨个匹配:

1)

先匹配image-20230330145717668这条记录,这条记录对应的trx_id为4,也就是将4带入右侧的匹配规则中,四条规则都不符合,继续匹配undo log版本链的下一条。

2)

匹配第二条,这条记录对应的trx_id为3,将3带入右侧的匹配规则中,第二条规则满足,终止匹配,此次快照读,返回的数据就是版本链中记录的这条数据。


5.2 RR隔离级别

RR隔离级别下,仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView,后续复用该ReadView。而RR是可重复读,在一个事务中,执行两次相同的select语句查询到的结果是一致的。

分析mysql是如何做到可重复读的。

【Mysql】MVCC_第13张图片

在RR隔离级别下,只是在事务中第一次快照读时生成ReadView,后续都是复用该ReadView,那么既然ReadView都一样,ReadView的版本链匹配规则也一样,那么最终快照读返回的结果也是一样的。

所以,MVCC的实现原理就是通过 InnoDB表的隐藏字段,UndoLog版本链,ReadView来实现的。

而MVCC+锁,则实现了事务的隔离性。

事务的隔离性是由MVCC+锁实现的,而一致性则是由redo log与undo log保证。

【Mysql】MVCC_第14张图片

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