一文了解MVCC——解锁数据库并发控制的“魔法钥匙”

MVCC概念

MVCC全称叫做Multiversion Concurrency Control，多版本并发控制。MVCC的出现主要是为了提升数据库并发性能，用较好的方式处理事务并发的读写冲突,避免了加锁操作，降低性能开销，在有读写冲突时，能够做到非阻塞并发读。

• MVCC可以通过乐观锁的方式，在可重复读隔离级别下来解决不可重复读和幻读的问题。

MVCC原理

在MVCC机制中，多个事务对同一条记录做修改，会产生多个历史快照，这些历史快照保存在undo log里，当一个事务对该记录进行查询时，MVCC会通过ReadView解决行的可见性问题。

ReadView是事务在使用MVCC机制进行快照读时产生的读视图。

ReadView

ReadView字段说明：

字段	字段说明
creator_trx_id	创建这个 Read View 的事务 ID
trx_ids	生成ReadView时当前系统中活跃的 事务id列表
up_limit_id	活跃的事务中最小的事务 ID
low_limit_id	系统最大的事务ID值(注意，不是活跃事务中的最大值)

undolog回滚链

• mysql数据库中，最新的记录永远是行记录。行记录中的回滚指针指向的是上一个修改该数据的事务对应的undo log，当判断一个事务要读取哪个版本时，需要根据最新的行记录按回滚链结合undolog进行回滚，来得到历史快照，而不是直接存放了多个行记录。 如果每一个事务启动时都创建一个整张表的快照，那显然不现实，假如一个表50G，创建个50G的快照肯定就超级慢了。

假如这里有一张book表，表里有三个字段主键id、book_name、user，book_name为书名，user为当前借阅该书人的姓名。表里初始数据如下：

id	book_name	user
1	《活着》	小赵
有两条事务分别对这条数据进行如下操作：

事务5	事务10
BEGIN;
	BEGIN;
update book set user = '小钱' where id = 1
update book set user = '小孙' where id = 1
COMMIT;
	update book set user = '小李' where id = 1
	update book set user = '小周' where id = 1
	COMMIT;
则上述两个事务操作会形成如下表所示的版本链：

版本标识	id	book_name	user	trx_id	roll_pointer
V5	1	《活着》	小周	10	V4
V4	1	《活着》	小李	10	V3
V3	1	《活着》	小孙	5	V2
V2	1	《活着》	小钱	5	V1
V1	1	《活着》	小赵	1	无

ReadView 规则

当有事务X 查询id = 1这条数据时，会按照什么规则进行判断读到的值呢？这里假设要查询的事务为X，数据版本对应的事务为D， 当进行查询时，活跃的事务有事务5和事务10，**即X事务此时对应的ReadView的trx_ids值为[5,10],则在判断可见性时会按照如下规则进行判断：

• 数据版本的的trx_id和ReadView中的creator_trx_id和一致，说明ReadView由当前事务X创建，所以该数据版本可以被事务X查看。
• 数据版本的trx_id小于ReadView的up_limit_id，则说明该数据版本对应的事务已经提交，事务X能够看到该数据版本。
• 数据版本的trx_id大于等于ReadView的low_limit_id，说明该数据版本对应事务的提交在事务X之前，则该数据版本对事务X不可见。
• 数据版本的trx_id在ReadView的up_limit_id和low_limit_id之间，则有如下两种情况：
  • 数据版本对应的trx_id在ReadView的 trx_ids中，说明该数据版本对应的事务在事务X创建ReadView时未提交，则该数据版本对于事务X不可见。
  • 数据版本对应的trx_id不在ReadView的trx_ids中，说明该数据版本对应的事务已经提交，所以，该数据版本对事务X可见。

上述规则在阅读起来稍微有些难以理解，下面以一个表格来辅助记忆：

< up_limit_id	trx_ids:[5,10]	>=low_limit_id
区间1	区间2	区间3
已提交事务集合	未提交事务集合	未开始事务集合
一个数据版本对应的trx_id有以下几种可能，这里将数据版本对应的事务称作事务V :

• 落在区间1，表示已提交，则该数据对事务X可见
• 落在区间3，表示事务V在事务X创建时还未开始，则该数据对事务X不可见。
• 落在区间2
  • 如果trx_id不在trx_ids列表里，表示事务V已提交，则该数据对事务X可见。
  • 如果trx_id在trx_ids集合里,表示事务V在事务X创建时还未完成提交，则该数据对事务X不可见。

快照读与当前读

• 快照读，又称为一致性读，读的是快照数据。简单的select * from t where ……读的就是快照。
• 当前读，指读取的是最新版本，并且在读取时会对读到的记录进行加锁。加锁的 SELECT，或者对数据进行增删改(更新数据都是先读后写的)都会进行当前读。

MVCC与隔离级别

在READ UNCOMMITED隔离级别下，允许一个事务可以读取到其他事务未提交的数据，因此，此种隔离级别下无需做任何特殊处理。

在SERIALIZABLE隔离级别下，由于事务只能串型读取，只能采取加锁的方式实现。

在READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔离级别下，要保证读到的是已提交的数据。那么，这个时候就需要用到MVCC了。总结就是：MVCC会用于READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔离级别的实现。

要保证REPEATABLE READ隔离级别的实现，只需要在第一次Select的时候获取一次ReadView,后面所有的Select都使用同一个ReadView即可。

要保证READ COMMITTED隔离级别的实现，就需要在每次Select的时候都重新获取一次ReadView。