MVVC与乐观锁和悲观锁

在并发读写数据库时，读操作可能会不一致的数据（脏读）。为了避免这种情况，需要实现数据库的并发访问控制，最简单的方式就是加锁访问。由于，加锁会将读写操作串行化，所以不会出现不一致的状态。但是，读操作会被写操作阻塞，大幅降低读性能。在java concurrent包中，有copyonwrite系列的类，专门用于优化读远大于写的情况。而其优化的手段就是，在进行写操作时，将数据copy一份，不会影响原有数据，然后进行修改，修改完成后原子替换掉旧的数据，而读操作只会读取原有数据。通过这种方式实现写操作不会阻塞读操作，从而优化读效率。而写操作之间是要互斥的，并且每次写操作都会有一次copy，所以只适合读大于写的情况。

MVCC的原理与copyonwrite类似，全称是Multi-Version Concurrent Control，即多版本并发控制。在MVCC协议下，每个读操作会看到一个一致性的snapshot，并且可以实现非阻塞的读。MVCC允许数据具有多个版本，这个版本可以是时间戳或者是全局递增的事务ID，在同一个时间点，不同的事务看到的数据是不同的。

实现原理：

------------------------------------------------------------------------------------------> 时间轴

|-------R(T1)-----|

|-----------U(T2)-----------|

如上图，假设有两个并发操作R(T1)和U(T2)，T1和T2是事务ID，T1小于T2，系统中包含数据a = 1(T1)，R和W的操作如下：

R：read a (T1)

U：a = 2 (T2)

R（读操作）的版本T1表示要读取数据的版本，而之后写操作才会更新版本，读操作不会。在时间轴上，R晚于U，而由于U在R开始之后提交，所以对于R是不可见的。所以，R只会读取T1版本的数据，即a = 1。

由于在update操作提交之前，不能影响已有数据的一致性，所以不会改变旧的数据，update操作会被拆分成insert + delete。需要标记删除旧的数据，insert新的数据。只有update提交之后，才会影响后续的读操作。而对于读操作而且，只能读到在其之前的所有的写操作，正在执行中的写操作对其是不可见的。

上面说了一堆的虚的理论，下面来点干活，看一下mysql的innodb引擎是如何实现MVCC的。innodb会为每一行添加两个字段，分别表示该行创建的版本和删除的版本，填入的是事务的版本号，这个版本号随着事务的创建不断递增。innodb MVCC主要是为Repeatable-Read事务隔离级别做的。在此隔离级别下，A、B客户端所示的数据相互隔离，互相更新不可见，在Repeatable-Read的隔离级别下，具体各种数据库操作的实现：

SELECT

　　InnoDB会根据以下两个条件检查每行记录：

　　1、InnoDB只查找版本小于或等于当前事务版本的数据行，这样可以确保事务读取的行，是在事务开始前就已经存在的，或者是事务自身插入或者修改过的数据。

　　2、行的删除版本要么未定义，要么大于当前事务的版本。这可以确保事务读取到的行，在事务开始前未被删除。

　　只有符合上述两个条件的记录，才能返回做为查询结果。

INSERT

　　InnoDB为新插入的每一行保存当前系统版本号作为行版本号。

DELETE

　　InnoDB为删除的每一行保存当前系统版本号作为行删除标识。

UPDATE

　　InnoDB为插入一行新记录，保存当前系统版本号作为行版本号，同时保存当前系统版本号到原来的行作为删除标识。

其中，写操作（insert、delete和update）执行时，需要将系统版本号递增。

由于旧数据并不真正的删除，所以必须对这些数据进行清理，innodb会开启一个后台线程执行清理工作，具体的规则是将删除版本号小于当前系统版本的行删除，这个过程叫做purge。

通过MVCC很好的实现了事务的隔离性，可以达到repeated read级别，要实现serializable还必须加锁。

优缺点：

　　保存这两个额外的系统版本号，使大多数读操作都可以不用加锁。这样设计使得读数据操作很简单，性能很好。并且也能保证只会读取到符合标准的行。不足之处是每行记录都需要额外的存储空间，需要做更多的检查工作，以及一些额外的维护工作。

innodb 和postgre实现：

postgres 是严格地无锁，对写操作也是乐观并发控制；在表中保存同一行数据记录的多个不同版本，每次写操作，都是创建，而回避更新；在事务提交时，按版本号检查当前事务提交的数据是否存在写冲突，则抛异常告知用户，回滚事务；
innodb 则只对读无锁，写操作仍是上锁的悲观并发控制，这也意味着，innodb 中只能见到因死锁和不变性约束而回滚，而见不到因为写冲突而回滚；不像 postgres 那样对数据修改在表中创建新纪录，而是每行数据只在表中保留一份，在更新数据时上行锁，同时将旧版数据写入 undo log；表和 undo log 中行数据都记录着事务ID，在检索时，只读取来自当前已提交的事务的行数据；

MVCC有效范围：

　　MVCC只在REPEATABLE READ（可重复读）和READ COMMITTED（提交读）两个隔离级别下工作。其他两个隔离级别都和MVCC不兼容。READ UNCOMMITTED（未提交读）总是读取最新的数据行，而SERIALIZBLE（可串行化）则会对事务串行化执行，即对表加锁。