mysql MVCC（多版本并发控制）理解

最近看MVCC相关资料，这边做一个记录总结，方便后续理解。

目录

一、MVCC相关概念

二、MVCC实现原理

1.隐藏字段

2.undo log

3.Read View

4.MVCC的整体处理流程

5. RC，RR级级别下的innoDB快照读有什么不同

6.总结

---

一、MVCC相关概念

1.MVCC:多版本并发控制，MVCC是一种并发控制的方法， 一般在数据库管理系统中，实现对数据库的并发访问，在编程语言中实现事务内存等等操作。

MVCC在MySQL InnoDB中的实现主要是为了提高数据库并发性能， 用更好的方式去处理读写冲突， 做到即使有读写冲突时，也能做到不加锁，非阻塞并发读。

简单理解也就是多线程并发读写时候，不会进行加锁操作，也能保证并发效率

2.当前读：

像select lock in share mode(共享锁) ， select for update； update， insert， delete(排他锁) 这些操作都是一种当前读，为什么叫当前读?就是它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。

3.快照读：

像不加锁的select操作就是快照读， 即不加锁的非阻塞读； 快照读的前提是隔离级别不是串行级别， 串行级别下的快照读会退化成当前读；之所以出现快照读的情况，是基于提高并发性能的考虑，快照读的实现是u基于多版本并发控制， 即MVCC， 可以认为MVCC是行锁的一个变种， 但它在很多情况下， 避免了加锁操作， 降低了开销； 既然是基于多版本，即快照读可能读到的并不一定是数据的最新版本，而有可能是之前的历史版本

二、MVCC实现原理

mvcc实现原理基于记录中的3个隐藏字段，undo log和read view。

1.隐藏字段

每行记录除了我们自定义的字段外，还有有数据库隐式定义的DB_TRX_ID， DB_ROLL_PTR， DB_ROW_ID等字段

DB_TRX_ID：6字节，最近修改事务id，记录创建这条记录或者最后一次修改该记录的事务id

DB_ROLL_PTR：7字节，回滚指针，指向这条记录的上一个版本， 用于配合undo log，指向上一个旧版本

DB_ROW JD：6字节，隐藏的主键，如果数据表没有主键，那么innodb会自动生成一个6字节的row_id

在上图中， DB_ROW_ID是数据库默认为该行记录生成的唯一隐式主键， DB_TRX_ID是当前操作该记录的事务ID， DB_ROLL_PTR是一个回滚指针， 用于配合undo日志， 指向上一个旧版本

2.undo log

undo log被称之为回滚日志， 表示在进行insert， delete， update操作的时候产生的方便回滚的日志

当进行insert操作的时候， 产生的undo log只在事务回滚的时候需要， 并且在事务提交之后可以被立刻丢弃

当进行update和delete操作的时候， 产生的undo log不仅仅在事务回滚的时候需要， 在快照读的时候也需要， 所以不能随便删除， 只有在快照读或事务回滚不涉及该日志时， 对应的日志才会被purge线程统一清除(当数据发生更新和删除操作的时候都只是设置一下老记录的deleted_bit， 并不是真正的将过时的记录删除， 因为为了节省磁盘空间， innodb有专门的purge线程来清除deleted_bit为true的记录， 如果某个记录的deleted_id为true，并且DB_TRX_ID相对于purge线程的read view可见， 那么这条记录一定时可以被清除的)

下面我们来看一下undo log生成的记录链
1、假设有一个事务编号为1的事务向表中插入一条记录，那么此时行数据的状态为：

2、假设有第二个事务编号为2对该记录的name做出修改， 改为lisi。

在事务2修改该行记录数据时，数据库会对该行加排他锁。

然后把该行数据拷贝到undo log中， 作为旧记录， 即在undo log中有当前行的拷贝副本,拷贝完毕后， 修改该行name为lisi，并且修改隐藏字段的事务id为当前事务2的id，回滚指针指向拷贝到undo log的副本记录中。

事务提交后，释放锁

3、假设有第三个事务编号为3对该记录的age做了修改，改为32
在事务3修改该行数据的时，数据库会对该行加排他锁
然后把该行数据拷贝到undo log中，作为旧纪录，发现该行记录已经有undo log了，那么最新的旧数据作为链表的表头，插在该行记录的undo log最前面
修改该行age为32岁，并且修改隐藏字段的事务id为当前事务3的id,回滚指针指向刚刚拷贝的undo log的副本记录
事务提交，释放锁

从上述的一系列图中，可以发现，不同事务或者相同事务的对同一记录的修改，会导致该记录的undo log 生成一条记录版本线性表，即链表，undo log的链首就是最新的旧记录，链尾就是最早的旧记录.

3.Read View

        上面的流程如果看明白了，那么需要再深入理解下reed view的概念了。
        Read View是事务进行快照读操作的时候生产的读视图，在该事务执行快照读的那一刻，会生成一个数据系统当前的快照，记录并维护系统当前活跃事务的id,事务的id值是递増的
        其实Read View的最大作用是用来做可见性判断的，也就是说当某个事务在执行快照读的时候，对该记录创建一个Read View视图，把它当作条件去判断当前事务能够看到哪个版本的数据，有可能读取到的是最新的数据， 也有可能读取的是当前行记录的undo log中某个版本的数据
        Read View遵循的可见性算法主要是将要被修改的数据的最新记录中的DB_TRX_ID （当前事务id）取出来，与系统当前其他活跃事务务的id去对比，如果DB_TRX_ID跟Read View的属性做了比较，不符合可见性，那么就通过DB_ROLL_PTR回滚指针去取出undo log中的DB_TRX_ID做比较，即遍历链表中的DB_TRX_ID,直到找到满足条件 的DB_TRX_ID,这个DB_TRX_ID所在的旧记录就是当的事务能看到的最新老版本数据

Read View的可见性规则如下所示:
首先要知道Read View中的三个全局属性：
trx_list:一个 数值列表，用来维护Read View生成时刻系统正活跃的事务ID (1,2,3)
up_limit_id:记录trx_list列表中事务ID最小的ID (1)
low_limit_id:Read View生成时刻系统尚未分配的下一个事务ID, (5)
具体的比较规则如下：
1、    首先比较DB_TRX_ID < up_limit_id,如果小于，则当前事务能看到DB_TRX_ID所在的记录，如果大于等于 讲入下一个判断
2、    接下来判断DB_TRX_ID >= low_limit_id,如果大于等于则代表DB_TRX_ID所在的记录在Read View生成后才出现的，那么对于当前事务肯定不可见，如果小于，则进入下一步判断
3、    判断DB_TRX_ID是否在活跌事务中，如果在，则代表在Read View生成时刻，这个事务还是活跃状态，还没有commit,修改的数据，当前事务也是看不到，如果不在，则说明这个事务在Read View生成之前就已经开始 commit,那么修改的结果是能够看见的。

4.MVCC的整体处理流程

假设有四个事务同时在执行，如下图所示:

从上述表格中，我们可以看到，当事务2对某行数据执行了快照读，数据库为该行数据生成一个Read View视图， 可以看到事务1和事务3还在活跃状态，事务4在事务2快照读的前一刻提交了更新，所以，在Read View中记录了系统当前活跃事务1, 3,维护在一个列表中。同时可以看到up_limit_id的值为1,而low_limit_id为5,如下图所示：

在上述的例子中，只有事务4修改过该行记录，并在事务2进行快照读前就提交了事务，所以该行当前数据的 undo log 如下所示：

 

当事务2在快照读该行记录的时候，会拿着该行记录的DB_TRX_ID去跟up_limit_id,lower_limit_id和活跃事务列表进行比较，判读事务2能看到该行记录的版本是哪个.
具体流程如下：先拿该行记录的事务ID⑷ 去跟Read View中的up_limit_id相比较，判断是否小于，通过对比发现不小于，所以不符合条件，继续判断4是否大于等于low_limit_id （5）,通过比较发现也不大于，所以不符合条件，判断事务4是否处于trx_list列表中（1,3），发现不在此列表中，那么符合可见性条件，所以事务4修改后提交的最新结果对事务2的快照是可见的，因此，事务2读取到的最新记录是事务4所提交的版本，而事务4提交的版本也是全局角度的最新版本。如下图所示:

当上述的内容都看明白了的话，那么就应该能够搞清楚这几个核心概念之间的关系了，下面我们讲一个不同的隔离级别下的快照读的不同。

5. RC，RR级级别下的innoDB快照读有什么不同

因为Read View生成时机的不同，从而造成RC、RR级别下快照读的结果的不同
1、    在RR级别下的某个事务的对某条记录的第一次快照读会创建一个快照即Read View,将当前系统活跃的其他事务记录起来，此后在调用快照读的时候，还是使用的是同一个RemdView所以只要当前事务在其他事务提交 新之前使用过快照读，那么之后的快照读使用的都是同一个Read View,所以对之后的修改不可见
2、    在RR级别下，快照读生成Read View时，Read View会记录此时所有其他活动和事务的快照，这些事务的修改对于当前事务都是不可见的，而早于Read View创建的事务所做的修改均是可见
3、    在RC级别下，事务中，每次快照读都会新生成一个快照和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。
总结：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,而在RR隔离级别下，则是同一个事务中的第一个快照读才会创Read View,之后的快照读获取的都是同一个Read View.

6.总结

因此可以总结出MVCC实现的原理⼤致是:

InnoDB每⼀⾏数据都有⼀个隐藏的回滚指针，⽤于指向该⾏修改前的最后⼀个历史版本，这个历史版本存放在 undo log 中。如果要执⾏更新操作，会将原记录放⼊undo log中，并通过隐藏的回滚指针指向 undo log 中的原记录。其它事务此时需要查询时，就是查询 undo log 中这⾏数据的最后⼀个历史版本。

MVCC 最⼤的好处是读不加锁，读写不冲突，极⼤地增加了 MySQL 的并发性。通过 MVCC，保证了事务 ACID 中的 I（隔离性）特性