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MVVC多版本并发控制

MVCC概念

MVCC（多版本并发控制）是一种并发控制的方法，它对每一个读取的对象都生成一个“读时间点”的数据快照。 “不同的事务可以在同一时间看到同一张表中的不同数据” 在MySQL InnoDB存储引擎中，MVCC的实现通过在每一行记录后面保存两个字段来完成，这两个字段分别是：

创建版本号（CREATE VERSION NUMBER，CVN） 删除版本号（DELETE VERSION NUMBER，DVN） 每个事务有一个唯一的事务版本号，它是在事务开始时获取的。下面是它的工作方式：

1. READ COMMITTED隔离级别下的读操作：

对于普通SELECT（非锁定读），看到的是查询开始时已经提交的事务所做的修改。 对于SELECT FOR UPDATE、单表UPDATE/DELETE等锁定读，看到的是执行时已经提交的事务所做的修改。

2. REPEATABLE READ隔离级别下的读操作：

不论是普通读还是锁定读，看到的都是事务开始时已经提交的事务所做的修改。 当执行读操作时，对于一个数据版本，以下情况下认为该版本对当前事务可见：

该版本的CVN（创建版本号）小于等于当前事务版本号； 该版本的DVN（删除版本号）大于当前事务版本号，或者为空。 换言之，对于当前事务，该版本在其事务开始前已经存在，且在其事务运行过程中一直存在。

实现原理

对于 InnoDB ，聚簇索引记录中包含 3 个隐藏的列：

  • ROW ID：隐藏的自增 ID，如果表没有主键，InnoDB 会自动按 ROW ID 产生一个聚集索引树。
  • 事务 ID：记录最后一次修改该记录的事务 ID。
  • 回滚指针：指向这条记录的上一个版本。

MVCC 的实现原理，如下图：

如图，首先 insert 语句向表 t1 中插入了一条数据，a 字段为 1，b 字段为 1， ROW ID 也为 1 ，事务 ID 假设为 1，回滚指针假设为 null。当执行 update t1 set b=666 where a=1 时，大致步骤如下：

  • 数据库会先对满足 a=1 的行加排他锁；
  • 然后将原记录复制到 undo 表空间中；
  • 修改 b 字段的值为 666，修改事务 ID 为 2；
  • 并通过隐藏的回滚指针指向 undo log 中的历史记录；
  • 事务提交，释放前面对满足 a=1 的行所加的排他锁。

在前面实验的第 6 步中，session2 查询的结果是 session1 修改之前的记录，这个记录就是来自 undolog 中。

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。

InnoDB通过为每个事务在启动时分配一个事务ID来实现MVCC。该ID在事务首次读取任何数据时分配。在该事务中修改记录时，将向Undo日志写入一条说明如何恢复该更改的Undo记录，并且事务的回滚指针指向该Undo日志记录。这就是事务如何在需要时执行回滚的方法。

当不同的会话读取聚簇主键索引记录时，InnoDB会将该记录的事务ID与该会话的读取视图进行比较。如果当前状态下的记录不应可见（更改它的事务尚未提交），那么Undo日志记录将被跟踪并应用，直到会话达到一个符合可见条件的事务ID。这个过程可以一直循环到完全删除这一行的Undo记录，然后向读取视图发出这一行不存在的信号。事务中的记录可以通过在记录的“info flags”中设置“deleted”位来删除。这在Undo日志中也被作为“删除标记”进行跟踪。

所有Undo日志写入也都会写入Redo日志，因为Undo日志写入是服务器崩溃恢复过程的一部分，并且是事务性的。[12]这些Redo日志和Undo日志的大小也是高并发事务工作机制中的重要影响因素。我们将在第5章更详细地介绍它们的配置。

在记录中保留这些额外信息带来的结果是，大多数读取查询都不再需要获取锁。它们只是尽可能快地读取数据，确保仅查询符合条件的行即可。缺点是存储引擎必须在每一行中存储更多的数据，在检查行时需要做更多的工作，并处理一些额外的内部操作。

MVCC仅适用于REPEATABLE READ和READ COMMITTED隔离级别。READ UNCOMMITTED与MVCC不兼容[13]，是因为查询不会读取适合其事务版本的行版本，而是不管怎样都读最新版本。SERIALIZABLE与MVCC也不兼容，是因为读取会锁定它们返回的每一行。

因此，通过MVCC，可以实现读取操作无需加锁，从而提高数据库的并发性能。同时，每个事务都在操作其私有的数据快照，而不是直接操作数据库中的数据，因此避免了不可重复读和幻读等一系列问题。

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