【MySQL】MVCC详解与MVCC实现原理（MySQL专栏启动）

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本文导读

本文是：MySQL事务隔离机制与实现原理详解，的深入学习，我们在了解MySQL事务隔离机制与实现原理后，了解什么是MVCC，MVCC的实现原理，最后辨析当前读和快照读与MVCC和事务隔离的关系，更加全面和深入的MySQL事务隔离机制。

一、什么是MVCC

MVCC，全称 Multi-Version Concurrency Control ，MVCC是多版本并发控制的全称，是指多版本的并发控制。MVCC是一种并发控制方法。通常，在数据库管理系统中，它用编程语言实现对数据库和事务存储器的并发访问。

MVCC 是一种在读取数据时无需锁定（加锁）即可提高读取效率和并发性的方法。

数据库并发有以下情况：

1、读-读：没有问题。

2、读-写：存在线程安全问题，这可能导致脏读、幻读和不可重复读。

3、写-写：存在线程安全问题，更新可能会丢失。

二、MVCC的实现原理

首先我们回顾：MySQL事务隔离机制与实现原理详解

这里面讲解了，事务的特性、事务的隔离级别，当时说MySQL事务实现原理有单版本控制——锁，以及多版本控制MVCC。

现在我们需要知道，在读已提交（RC，Read Committed）和可重复读（RR，Repeatable Read）隔离级别下的快照读，都是基于MVCC实现的！

MVCC最大的优点是没有读锁，读写之间没有冲突。在读多写少的OLTP（On-Line Transaction Processing，联机事务处理）应用程序中，读写之间没有冲突非常重要，这大大提高了系统的并发性。

1、MVCC多版本实现

为了让您更直观地理解MVCC的实现原理，这里通过事务更新一行记录的过程的例子，来解释MVCC中多个版本的实现。

假设 ID~……是表中字段的名称（DATA）。最后三个隐藏字段对应对应行的隐藏ID、事务编号和回滚指针，如下图所示：

隐含ID（DB_ROW_ID），6字节，当InnoDB自动生成聚集索引时，聚集索引包括这个DB_ROW_ ID的值。

事务编号（DB_TRX_ID），6字节，它标记了此行最新更新记录的事务ID。每个事务都被处理，其值自动为+1。

回滚指针（DB_ROLL_PT），7个字节，指向当前记录项的回滚段的撤消日志记录，通过该记录可以找到以前版本的数据。

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具体更新过程简述如下：

首先，如果数据只是INSERT，则可以认为ID是 1，其他两个字段为空。

当 事务1 更改此行的数据值时，将执行，一、使用独占锁锁定行，记录重做日志；二、将修改前这一行的值复制到Undo日志；三、修改当前行的值，填写事务ID，并使回滚指针指向撤销日志中修改前的行。

接下来，与 事务1 相同。此时，undo 日志中有两行记录，它们由回滚指针连接。

因此，如果撤消日志没有一直被删除，那么当前记录的回滚指针将追溯到创建该行时的初始内容。InnoDB中有一个清除线程，将查询比最旧的活动事务更早的撤消日志并将其删除，从而确保撤消日志文件不会无限增长。

2、MVCC 实现原理

它的实现原理主要是依赖记录中的 **3个隐式字段（DB_ROW_ID、DB_TRX_ID、DB_ROLL_PT），undo日志 ， Read View **来实现的。

上面我们已经详细介绍了3个隐式字段的含义，总结一下

默认情况下，DB_ROW_ID 是数据库为这行记录生成的唯一隐式主键。DB_TRX_ID 是当前操作记录的事务ID，而 DB_ROLL_PTR 是一个回滚指针，与撤消日志一起使用以指向以前的旧版本。

有两种 undo 日志：insert undo log、update undo log，帮助MVCC的撤销的本质是update undo log 。事实上，撤消日志是回滚段中的旧记录链。（MySQL日志系统的详解：（待补充））。

3、什么是 Read View

什么是 **Read View **？

**Read View ** 是事务执行快照读取操作时生成的视图。在事务执行快照读取时，将生成数据库系统的当前快照，并记录和维护系统当前活动事务的ID（当每个事务启动时，将分配一个ID，该ID是增量的，因此最新事务的ID值更大）。

当我们使用select读取数据时，此时会有许多版本的数据，但我们不知道要读取哪个版本。

此时，我们依赖readview来限制我们可以读取的版本。只有通过readview才能知道我们可以阅读哪个版本。

3.1、Read View 解析

Read View主要用于进行可见性判断，也就是说，当我们为事务执行快照读时，我们会为记录创建一个读取视图 Read View。以判断当前事务可以看到哪个版本的数据。它可能是当前期间的最新数据，也可能是记录 undo log 中某个版本的数据。

读取视图遵循可见性算法，主要是要修改的数据的最新记录中的 DB_TRX_ID （即当前事务ID），并与系统中其他活动事务的ID（由读取视图 Read View 维护）进行比较。

如果 DB_TRX_ID 跟 Read View 属性不符合可见性，通过 DB_ROLL_PTR 回滚指针在撤消日志Undo Log中的 DB_TRX_ID 比较中检索数据库（遍历链表的 DB_TRX_ID）。

遍历链接列表的DB _ TRX_ ID（从链的开始到链的结束，即从最近的修改），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。

3.2、Read View 含义

在一个 Read View 快照中主要包括以下这些字段：

m_ids，表示生成 Read View 时当前系统中活动读/写事务的事务ID列表

min_trx_id，表示生成 Read View 时当前系统中活动读/写事务中最小的事务ID，即 m_ids 最小值

max_trx_id，表示生成 Read View 时应分配给系统中下一个事务的ID值

creator_trx_id,表示生成 Read View 的事务的事务ID

3.3、Read View 如何判断版本链可用

trx_id == creator_trx_id，可以访问这个版本；

trx_id < min_trx_id，可以访问这个版本；trx_id > max_trx_id，不可以访问这个版本;

min_trx_id <= trx_id <= max_trx_id，如果 trx_id 在 m_ids 中不可以访问，反之可以

三、当前读，快照读与MVCC

1、什么是当前读和快照读

1.1、当前读

select lock in share mode (共享锁), select for update; update; insert; delete (排他锁)这些操作都是一种当前读。

它读取最新版本的记录，读取时，它还确保其他并发事务无法修改当前记录，并锁定读取的记录。

1.2、快照读

不加锁的 select 操作就是快照读，即无锁的非阻塞读取；

快照读的前提是隔离级别不是串行级别，在串行级别下读取的快照将退化为当前读取，发生快照读的原因是基于提高并发性能的考虑。

快照读的实现基于多版本并发控制，即MVCC。MVCC可以被认为是行锁的变体，但在许多情况下，它避免了锁操作并减少了开销；由于它基于多个版本，也就是说，读取的快照可能不是数据的最新版本，而是以前的历史版本

MVCC的设计目的是在不锁定读写冲突，这种读取指的是快照读取，而不是当前读取。

当前的读取实际上是一个锁操作，这是悲观锁的实现

2、快照读、当前读与MVCC辨析

MVCC多版本并发控制的概念是“维护一个数据的多个版本，以便读写操作之间没有冲突”。

因为MVCC只是一个抽象的概念，为了实现这样的概念，MySQL需要提供特定的功能来实现它。“快照读取是MySQL MVCC理想模型的非阻塞读取功能之一”。

相对而言，当前读是悲观锁的具体功能实现，快照阅读本身也是一个抽象概念。

3、MVCC 只在 RC 和 RR 隔离级别下工作

一、 在RC（Read Commited ）的隔离级别下，每次快照读取都会生成并获得最新的 readview。

二、在RR（Repeatable Read）隔离级别，只有读取同一事务的第一个快照才能创建 readview。每个后续快照读取都使用相同的 readview，因此每个查询结果都相同。

总结

本文是：MySQL事务隔离机制与实现原理详解，的深入学习，我们在了解MySQL事务隔离机制与实现原理后，了解什么是MVCC，MVCC的实现原理，最后辨析当前读和快照读与MVCC和事务隔离的关系，更加全面和深入的MySQL事务隔离机制。