mvcc详解

1 为什么需要MVCC

• 用来进行事务回滚操作；

• 有事务存在读写冲突时，也能做到不加锁，非阻塞并发读

2 undolog

2.1 undolog定义

在InnoDB中的每一条记录实际都会存在三个隐藏列：

• DB_TRX_ID：事务 ID，是根据事务产生时间顺序自动递增的，是独一无二的。如果某个事务执行过程中对该记录执行了增、删、改操作，那么InnoDB存储引擎就会记录下该条事务的 id。

• DB_ROLL_PTR：回滚指针，本质上就是一个指向记录对应的undo log的一个指针，InnoDB 通过这个指针找到之前版本的数据

• DB_ROW_ID：主键，如果有自定义主键，那么该值就是主键；如果没有主键，那么就会使用定义的第一个唯一索引；如果没有唯一索引，那么就会默认生成一个隐藏列作为主键。

image.png

版本V1、V2并不是物理上真实存在的，而是每次需要的时候根据当前版本和undo log计算出来的。比如，需要V1的时候，就是通过V3依次执行U2、U1算出来。

可以将这些 undo 日志都连起来，串成一个链表，形成版本链。版本链的头节点就是当前记录最新的值。

2.2 undo log分类

• Insert undo log ：insert生成的日志，仅在事务回滚中需要，并且可以在事务提交后立即丢弃。

• Update undo log：update/delete生成的日志，除了用于事务回滚，还用于一致性读取，只有不存在innodb为其分配快照的事务之后才能丢弃它们，在一致读取中可能需要update undo log中的信息来构建数据库行的早期版本。

2.3 数据删除

删除操作实际上不会直接删除，而只是标记为删除，最终的删除操作是purge线程完成的

purge线程作用

1、清理undo log

2、清除page里面带有Delete_Bit标识的数据行。在InnoDB中，事务中的Delete操作实际上并不是真正的删除掉数据行，而是一种Delete Mark操作，在记录上标识删除，真正的删除工作需要后台purge线程去完成。

2.4 更新主键

聚簇索引和二级索引都无法进行in place update，都会产生两个版本

update分两步执行，先删除该行，再插入一行目标行

image.png

2.5 更新非主键

聚簇索引可以in place update，二级索引产生两个版本

聚簇索引记录undo log，二级索引不记录undo log

更新二级索引，同时需要判断是否修改索引页面的MAX_TRX_ID

image.png

2.6 删除操作

删除操作实际上不会直接删除，而只是标记为删除，最终的删除操作是purge线程完成的

image.png

3 Read View

Read View是InnoDB在实现MVCC时用到的一致性读视图，用于支持读提交和可重复读隔离级别的实现，作用是执行期间判断版本链中的哪个版本是当前事务可见的。

本质上是InnoDB为每个事务构造了一个数组，用来保存当前正在活跃（启动了但还没提交）的所有事务ID。

数组里面事务ID的最小值记为低水位，当前系统里面已经创建过的事务ID的最大值加1记为高水位；这个视图数组和高水位，就组成了当前事务的一致性视图（read-view）。

对于以上事务：

1. 如果在「已提交事务」部分，表示这个版本是已提交的事务或者是当前事务自己生成的，这个数据对当前事务是可见的；

2. 如果落在「未开启事务」部分，表示这个版本是由将来启动的事务生成的，是肯定不可见的；

3. 如果落在「未提交」部分，那就包括两种情况
   a. 若当前版本的trx_id在一致性试图中，表示这个版本是由还没提交的事务生成的，不可见；
   b. 若当前版本的trx_id不在一致性试图中，表示这个版本是已经提交了的事务生成的，可见。

3 MVCC的工作原理

3.1 MVCC查询的工作流程

3.1.1 查询主键索引

生成Read View读视图

通过主键查找记录，根据记录里的DB_TRX_ID与Read View读视图进行可见性判断

配合DB_ROLL_PTR回滚指针和undo log来找到当前事务可见的数据记录

3.1.2 查询二级索引

由于二级索引由于没有三个隐藏列（DB_TRX_ID，DB_ROLL_PTR，DB_ROW_ID）如何实现一致读，可重复读？

更新二级索引列时，旧的二级索引记录将被删除标记（并非真正的删除），新记录将被插入；

如果二级索引记录被标记为删除，或者二级索引页被更新的事务更新，则不使用覆盖索引技术（要通过聚族索引查找正确版本）。

如果启用了索引条件下推（ICP）优化，首先会通过索引下推过滤掉不符合要求的行，来避免使用聚集索引查找。如果找到匹配的记录，即使在删除标记的记录中，InnoDB也会在聚集索引中查找该记录。

具体查询步骤：

• 生成Read View读视图

• 比较读视图的up_limit_id与MAX_TRX_ID大小

  • 如果MAX_TRX_ID **小于 **本次Read View的up_limit_id，则全部可见，过滤记录中的有效记录

  • 否则，无法通过二级索引判断可见性，需要一次遍历每条记录，反查到聚簇索引记录，通过聚簇索引记录来判断可见性

3.2 MVCC与隔离级别

MVCC 只在 **Read Commited（读已提交） 和 Repeatable Read（可重读读） **两种隔离级别下工作。

• 在RC隔离级别下，是每个快照读都会生成并获取最新的Read View，这就是我们在RC级别下的事务中可以看到别的事务提交的更新的原因

• 在RR隔离级别下，则是同一个事务中的第一个快照读才会创建Read View, 之后的快照读获取的都是同一个Read View，从而做到可重复读

3.3 mvcc能否解决幻读

幻读：在一次事务里面，多次查询之后，结果集的个数不一致的情况叫做幻读。而多出来或者少的哪一行被叫做幻行。

• 在快照读读情况下，mysql通过mvcc来避免幻读。

• 在当前读读情况下，mysql通过next-key来避免幻读。

• 不能把快照读和当前读得到的结果不一样这种情况认为是幻读，这是两种不同的使用。所以mysql的rr级别是解决了幻读的。