MySQL多版本并发控制MVCC深入学习

MVCC

MVCC（Multi-Version Concurrency Control），即多版本并发控制。是 innodb 实现事务并发与回滚的重要功能。锁机制可以控制并发操作,但是其系统开销较大,而MVCC可以在大多数情况下代替行级锁,使用MVCC,能降低其系统开销.

具体实现是在数据库的每一行中，额外添加三个字段：

1. DB_TRX_ID : 记录插入或更新该行的最后一个事务的事务ID
2. DB_ROLL_PTR : 指向改行对应undolog 的指针
3. DB_ROW_ID : 单调递增的ID，他就是AUTO_INCREMENT的主键ID

快照读

像不加锁的select操作就是快照读，快照读的出现是基于提高并发性能的考虑，快照读的实现是基于多版本并发控制，即MVCC。可以认为 MVCC 是行锁的一个变种，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

当前读

读取的是当前的数据，不需要通过undo log回溯到事务开启前的状态。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。

数据库并发场景有三种，分别为：

• 读-读：不存在任何问题，也不需要并发控制
• 读-写：有线程安全问题，可能会造成事务隔离性问题，可能遇到脏读，幻读，不可重复读
• 写-写：有线程安全问题，可能会存在更新丢失问题，比如第一类更新丢失，第二类更新丢失

说白了 MVCC 就是为了实现读-写冲突不加锁，而这个读指的就是快照读, 而非当前读，当前读实际上是一种加锁的操作，是悲观锁的实现

MVCC的出现就是大佬们不满意用悲观锁去解决读-写冲突问题，所以有两个方案：

• MVCC + 悲观锁
  MVCC解决读写冲突，悲观锁解决写写冲突
• MVCC + 乐观锁
  MVCC 解决读写冲突，乐观锁解决写写冲突

MVCC实现原理

三个隐藏字段

• DB_TRX_ID
  6 字节，最近修改(修改/插入)事务 ID：记录创建这条记录/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（存储于 rollback segment 里）
• DB_ROW_ID
  6 字节，隐含的自增 ID（隐藏主键），如果数据表没有主键，InnoDB 会自动以DB_ROW_ID产生一个聚簇索引

版本链 / undo log

因为undo log会记录事务前老版本数据，然后行记录中回滚指针会指向老版本位置，如此形成一条版本链。Read View 会一直遍历链表的DB_TRX_ID，直到找到满足特定条件的 DB_TRX_ID。那么这个DB_TRX_ID所在的旧记录就是当前事务能看见的最新”老版本“

Read View

是事务开启时，当前所有活跃事务（还未提交的事务）的一个集合。或者说Read View 就是事务进行快照读操作的时候生产的读视图 (Read View)，在该事务执行的快照读的那一刻，会生成数据库系统当前的一个快照，记录并维护系统当前活跃事务的 ID

三个Read View重要结构：

• trx_list（名称我随意取的）
  一个数值列表
  用于维护 Read View 生成时刻系统 正活跃的事务 ID 列表
• up_limit_id
  是 trx_list 列表中事务 ID 最小的 ID
• low_limit_id

ReadView 生成时刻系统尚未分配的下一个事务 ID ，也就是 目前已出现过的事务 ID 的最大值 + 1

为什么是 low_limit ? 因为它也是系统此刻可分配的事务 ID 的最小值

MVCC实现的整体流程：

总结

• 应对高并发事务, MVCC比单纯的加锁更高效
• MVCC只在 读已提交 和 可重复读 两个隔离级别下工作
• 读已提交隔离级别下，会在每次快照读（查询）都生成一个Read View，可重复读只在事务开始时生成一个Read View，以后每次查询都用这个Read View，以此实现不同隔离级别。

参考：

【MySQL笔记】正确的理解MySQL的MVCC及实现原理_（推荐）

MySQL · 引擎特性 · InnoDB 事务系统 (taobao.org)

mvcc详解 - 简书 (jianshu.com)