「MySQL高级篇」MySQL之MVCC实现原理&&事务隔离级别的实现

大家好，我是melo，一名大三后台练习生，死去的MVCC突然开始拷打我！

引言

MVCC，非常顺口的一个词，翻译起来却不是特别顺口：多版本并发控制。

• 其中多版本是指什么呢？一条记录的多个版本。
• 并发控制？如何实现呢？我们上篇刚讲到了锁机制，而MVCC则是用更好的方式来提高并发性能，避免加锁！具体如何实现，底层原理是什么，这篇将带你攻破ta。

本篇速览脑图

通过「版本链」来控制并发事务访问同一个记录时的行为就叫 MVCC（多版本并发控制）。

看完后文，再回过头来看这张图，就会理解了

当前读，快照读

首先我们需要一些前置知识，区分开当前读和快照读。

1. 加锁的读，则是当前读，另外update，insert，delete也都是当前读
2. 快照读，我们平时简单的select语句其实就是【不加锁】

注意串行化隔离级别下，快照读会退化为当前读。

• 那这俩跟MVCC有什么关系呢？

快照读，相当于你可以读到的是一个历史版本，维护这些历史版本就需要MVCC出马了【其中的undolog版本链】

MVCC用处

解决 读—写 冲突的无锁并发控制，每次对A记录的写操作，都会给A保存一个快照版本，至于读操作的时候，读的是哪个快照版本，这就得看MVCC的实现原理了【下文的readview访问规则】

MVCC实现原理

记录中的隐藏字段

InnoDB 里面每个事务有一个唯一的事务 ID，叫作 transaction id。它是在事务开始的时候向 InnoDB 的事务系统申请的，是按申请顺序严格递增的。

而每行数据也都是有多个版本的。每次事务更新数据的时候，都会生成一个新的数据版本，并且把 transaction id 赋值给这个数据版本的事务 ID，记为 row trx_id【也就是下图的DB_TRX_ID】。同时，旧的数据版本要保留，并且在新的数据版本中，能够有信息可以直接拿到它。

• DB_TRX_ID（6字节）：表示最后一次插入或更新该行的事务 id。此外，delete 操作在内部被视为更新，只不过会在记录头 Record header 中的 deleted_flag 字段将其标记为已删除

• DB_ROLL_PTR（7字节） 回滚指针，指向该行的 undo log 。如果该行未被更新，则为空

• DB_ROW_ID（6字节）：如果没有设置主键且该表没有唯一非空索引时，InnoDB 会使用该 id 来生成聚簇索引

readview

四个核心字段

计算m_ids的时候，可能会有新的事务产生，为了防止这种情况出现，MySQL保证计算m_ids【也就是生成视图数组的时候】会在事务系统的锁保护下进行，是原子操作，期间不会创建新的事务。

访问规则

• 如果记录的 trx_id 值小于 Read View 中的 min_trx_id 值，表示这个版本的记录是在创建 Read View 前已经提交的事务生成的，所以该版本的记录对当前事务可见。

• 如果记录的 trx_id 值大于等于 Read View 中的 max_trx_id 值，表示这个版本的记录是在创建 Read View 后才启动的事务生成的，所以该版本的记录对当前事务不可见。

• 如果记录的 trx_id 值在 Read View 的 min_trx_id 和 max_trx_id 之间，表明这个版本的记录在创建 Read View 的时候 可能处于“活动状态”或者“已提交状态”；需要判断 trx_id 是否在 m_ids 列表【活跃状态】中：--【因为是有序的，故采用二分查找】

  • 如果记录的 trx_id 在 m_ids 列表中，表示生成该版本记录的活跃事务依然活跃着（还没提交事务），所以该版本的记录对当前事务不可见。
  • 如果记录的 trx_id 不在 m_ids列表中，表示生成该版本记录的活跃事务已经被提交，所以该版本的记录对当前事务可见。

总结

1. 版本未提交，不可见；
2. 版本已提交，但是是在视图创建后提交的，不可见；
3. 版本已提交，而且是在视图创建前提交的，可见。

update特例

在这个例子中，如果还按上边的访问规则来看的话，应该是读取不到102这个版本来着，但实际情况是如何呢？

如果读取不到的话：那事务B还是在原来的k基础上去+1，那么事务C的更新相当于是丢失了！

这里就涉及到了我们开篇讲到的当前读，更新数据都是先读后写的，这个读，就是“当前读”。

而且当前读需要对数据行加锁，此处由于事务C已经提交了，释放了锁【两阶段协议】，因此事务B可以直接查到，若事务C还未提交的话，还需要阻塞等待。

‍♂️‍♂️45讲疑问

可能看了45讲的小伙伴会有疑问，45讲里边这个图

这样，对于当前事务的启动瞬间来说，一个数据版本的 row trx_id，有以下几种可能：

1. 如果落在绿色部分，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，这个数据是可见的；
2. 如果落在红色部分，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. 如果落在黄色部分，那就包括两种情况
   a. 若 row trx_id 在数组中，表示这个版本是由还没提交的事务生成的，不可见；
   b. 若 row trx_id 不在数组中，表示这个版本是已经提交了的事务生成的，可见。

这个图很容易迷惑到我们，让我们误以为黄色部分跟未提交事务集合是等同的，那怎么落在黄色部分里边，还能再细分成两种情况呢？

melo画了个花里胡哨的图，来看看计算的过程【如有错误之处还请指正】

1. 1-10就是45讲里边的绿色部分，11-15是黄色部分，15之后是红色部分
   1. 如此可以看到，黄色部分里边，还是有一些不在m_ids里边的吧，不要被表面的图像迷惑了
   2. 并不是说只有11之前的，才是已提交事务，11-15里边也是可能会有已提交事务的

生成时机

注意，并不是开启事务就生成了，得执行快照读了才会

RC: 在事务中每一次执行快照读都会生成
RR：仅在事务中第一次执行快照时生成，后续都是复用这个readview
但是如果事务中进行了当前读的操作，比如事务中进行了update操作，后续再查询就会重新生成ReadView

其实就是上边的update特例

undo log

当读取记录时，若该记录被其他事务占用或当前版本对该事务不可见，则可以通过 undo log 读取之前的版本数据，以此实现快照读

类型

在 InnoDB 存储引擎中 undo log 分为两种： insert undo log 和 update undo log：

1. insert undo log ：指在 insert 操作中产生的 undo log。因为 insert 操作的记录只对事务本身可见【只在事务回滚时需要】，对其他事务不可见，故该 undo log 可以在事务提交后直接删除。不需要进行 purge 操作
2. update undo log ：update 或 delete 操作中产生的 undo log。该 undo log可能需要提供 MVCC 机制，因此不能在事务提交时就进行删除。提交时放入 undo log 链表【下文的版本链】，等待 purge线程 进行最后的删除

版本链

类似一个链表，通过回滚指针，串联起来

• 链表头部是最新的数据，尾部是最旧的记录

栗子

RC的例子

快照读

先看事务5里边，两次快照读生成的readview是怎样的？

1. 第一次执行，此时活跃的事务id有【3，4，5】（2已经提交了）
2. 最小即是3，最大【注意是预分配最大】是6
3. 创建该事务的id自然是5

第二次快照读也是同样的分析方式

判断能查到哪个事务记录

我们想知道第一次快照读，读取到的是哪个事务对应的记录【左下角中四个记录】

比如拿 0x0003这条记录来分析，trx_id是3，去跟第一个readview比对

1. 判断是否是当前事务创建的记录，3!=5，说明不是
2. 判断是否已经提交了【小于min_trx_id】，3不小于3，则还未提交
3. 判断是否是创建readview之后才创建的事务记录【大于max_trx_id】，3不大于，则不是
4. 判断数据是否已经提交【不在m_ids】里边，3在说明还未提交

因此，第一次快照读，是没法读取到 0x0003这条记录的

RR的例子

具体如何分析，跟上边RC是一样的，这里就不再赘述

只需要注意：如果期间出现了当前读，则会重新生成readview

总结

MVCC就是为快照读而生的，维护不同的快照版本，使得不同事务的读-写操作不会冲突，实现多版本并发控制，借助MVCC，数据库可以实现READ COMMITTED，REPEATABLE READ等隔离级别

下篇预告

这篇我们主要讲的是MVCC多版本并发控制，结合了事务的隔离级别，而关于事务背后的原理，相关的日志,这些我们留到后边再来详解。

参考文献

• MySQL45讲
• 黑马MySQL视频

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