MySQL(六)：MySQL之MVCC
1、事务的引入
事务是数据库管理系统（DBMS）执行过程中的一个逻辑单位（不可再进行分割），由一个有限的数据库操作序列构成（多个DML语句），要不全部成功，要不全部不成功。
如：A 给 B 划钱，A 的账户-100元， B 的账户就要+100元，这两个update 语句必须作为一个整体来执行，不然A 扣钱了，B 没有加钱这种情况就是错误的。那么事务就可以保证A 、B 账户的变动要么全部一起发生，要么全部一起不发生。
2、事务的特性
事务具有ACID特性：原子性、一致性、隔离性、持久性。
2.1、原子性（atomicity）
一个事务必须被视为一个不可分割的最小单元，整个事务中所有的操作要么全提交成功，要么全部失败。
A 给 B 转账 100，A 的账户 -100，B 的账户 +100，整个事务的操作要么全部成功，要么全部失败，不能出现 A的账户金额扣除，B的账户金额不扣除，原子性不能得到保证，会出现一致性问题。
2.2、一致性（consistency）
一致性是指事务将数据库从一种一致性转换到另外一种一致性状态，在事务开始之前和事务结束之后数据库中数据的完整性没有被破坏。
A 给 B 转账 100，A 的账户 -100，B 的账户 +100。A账户扣除的钱（-100），B账户增加的钱（+100）相加应该为0，两个账户的钱加起来前后应该不变。
2.3、隔离性（isolation）
2.3.1、概念
一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对并发的其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。
2.3.2、隔离性的导致的问题
若不能保证隔离性，会导致何种问题？
A账户的原始金额1000，转账两次，每次都是100，B账户的原始金额500，从理论上，转账完成后，A账户的金额有800，B账户的金额有700。
将两次转账操作分别称为T1和T2，T1和T2的操作可能交替执行，执行顺序可能是：
T1和T2交替执行，若按照上述执行顺序来进行两次转账，最终的结果：A账户余额900，B账户余额700。A账户相当于只扣了100元，B账户却多了200元。
这种状态转换对于的某些数据库操作来说，不仅要保证这些操作以原子性的方式执行完成，而且要保证其它的状态转换不会影响到本次状态转换，这个规则称之为隔离性。
2.3.3、事务并发引发的问题
MySQL是一个客户端/服务器架构的软件，对于同一个服务器来说，可以有若干个客户端与之连接，每个客户端与服务器连接上之后，可以称之为一个会话(Session)。每个客户端都可以在自己的会话中向服务器发出请求语句，一个请求语句可能是某个事务的一部分，也就是对于服务器来说可能同时处理多个事务。
事务由隔离性的特性，理论上在某个事务对某个数据进行访问时，其他事务应该排队，当该事务提交之后，其他事务才可以继续访问这个数据，如此并发事务的执行就变成了串行化执行。
串行化执行性能影响太大，当既想保持事务一定的隔离性，又想保证服务器在处理访问同一数据多个事务的性能。当舍弃隔离性时，会带来什么样的数据问题？
3.1、脏读
当一个事务读物到另一个事务修改但未提交的数据，被称为脏读。
在事务A执行过程中，事务A对数据进行了修改，事务B读取了事务A修改后的数据；
由于某些原因，事务A并未完成提交，发生了RollBack操作，则事务B读取的数据就是脏数据。
这种读取到另一个事务未提交的数据的现象就是脏读（Dirty Read）。
3.2、不可重复读
当事务内相同的记录被检索两次，且两次得到的结果不同时，此现象称为不可重复读。
事务B读取了两次是数据资源，在这两次读取的过程中事务A修改了数据，导致事务B在这两次读取出来的数据不一致。
3.3、幻读
在事务执行过程中，另一个事务将新纪录添加到正在读取的事务中，会发生幻读。
事务B前后两次读取同一个范围的数据，在事务B两次读取的过程中事务A新增了数据，导致事务B后一次读取到前一次查询没有看到的行。
幻读重点强调了读取到了之前读取没有获取到的记录。
2.4、持久性（durability）
事务一旦提交，则其所做的修改就会永久保存到数据库中。即使系统崩溃，已经提交的修改数据也不会丢失。
3、事务的隔离级别
对于不同的隔离级别，并发事务可以发生不同严重程度的问题，具体情况如下：
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隔离级别
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含义
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脏读
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不可重复读
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幻读
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READ UNCOMMITTED
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读未提交
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√
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√
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√
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READ COMMITTED
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已提交读
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-
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√
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√
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REPEATABLE READ
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可重复读
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-
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-
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√
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SERIALIZABLE
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可串行化
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-
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-
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-
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MySQL的默认隔离级别为 REPEATABLE READ。
3.1、读未提交（read uncommitted）
事务A在修改表中数据时，可以看到事务B未提交的数据。安全级别最低的隔离级别，会产生脏读（dirty read）。
3.2、读已提交（read committed）
事务A和事务B同时操作同一张表，有一条数据是id为1姓名为CPP的数据，此时事务A对这个数据修改为id为2姓名为ZYC（未提交），事务B再次查询得到的数据一直都是 1 CPP，当事务A修改完成commit提交后，此时事务B再次查询得到的数据 2 ZYC。
读已提交，只能读取已提交的数据，该隔离级别解决了脏读的问题，但缺点是不可重复读。
3.3、可重复读（REPEATABLE READ）
可重复读是MySQL的默认隔离级别。
事务A和事务B同时操作同一张表，有一条数据是id为1姓名CPP的数据，此时事务A对这个数据修改为id为1姓名ZYC（未提交），此时事务B查询id为1的记录，姓名仍为CPP。事务A提交完成后，事务B再次查询id为1的记录姓名仍为CPP。
在事务B未commit前，不管查询多少次结果id为1的记录，姓名都为CPP。只有在事务B提交后，再次查询id为1的记录，才会查出最新结果，姓名为ZYC。
可重复读的隔离级别解决了不可重复读的问题，但会出现幻读。如当查询某条数据，可能显式的是1 CPP，但此时可能有个人正好修改好了这条数据，当你提交后再次查询时，会发现变成了2 ZYC。
3.4、序列化
最安全的默认隔离级别，但不支持并发，相当于单线程，不允许并发操作数据库，事务开启后，只允许一个人进行操作，直到提交后下一个人才可以进入。
4、MVCC
MVCC全称Multi-Version Concurrency Control，即多版本并发控制，主要是为了提高数据库的并发性能。
每个不同的事务访问查询同一行数据时，每个事务修改的都是这行数据的不同版本，InnoDB只需要去记录这个数据的访问链，就可以实现一个SELECT操作的并发执行。
同一行数据同时发生读写请求时，会上锁阻塞住。但MVCC用更好的方式去处理读--写请求，做到在发生读--写请求冲突时不用加锁。这个读指的是快照读，而不是当前读，当前读是一种加锁操作，是悲观锁。
如何做到读--写不用加锁的，快照读和当前读指什么？
MVCC的实现主要依赖于记录中的隐藏字段，undolog，readview来实现的。
4.1、版本链
使用InnoDB存储引擎的表的聚簇索引记录中都包含两个必要的隐藏列：trx_id 和 roll_pointer。
trx_id：每次一个事务对某条聚簇索引记录进行改动时，会把该事务的事务id赋值给trx_id隐藏列；
roll_pointer：每次对某条聚簇索引记录进行改动时，会把旧的版本写入到undo日志中，然后这个隐藏列就相当于一个指针，可以通过它来找到该记录修改前的信息。
假设现有一个事务B，事务ID为10，要对这条记录进行修改，把CPP的age从12改成了20，那么此时Undo Log会发生啥？
此时，这条id为1的记录，trx_id就变为了10，trx_id此时记录了修改这条记录的事务ID，而对应的roll_pointer指针，就指向了上次事务A的操作对应的Undo Log：
trx_id是记录修改了每条聚簇索引的事务id；roll_pointer是一个指针，指向每一个历史操作版本的数据存储的地址；每一次修改操作都会生成一个Undo Log版本，每个版本之间是隔离的。
undo日志：为了实现事务的原子性，InnoDB存储引擎在实际进行增、删、改一条记录时，都需要先把对应的undo日志记下来。一般每对一条记录做一次改动，就对应着一条undo日志，但在某些更新记录的操作中，也可能会对应着2条undo日志。一个事务在执行过程中可能新增、删除、更新若干条记录，也就是说需要记录很多条对应的undo日志，这些undo日志会被从0开始编号，也就是说根据生成的顺序分别被称为第0号undo日志、第1号undo日志、...、第n号undo日志等，该编号也称为undo no。
该记录每次更新后，都会将旧值放到一条undo日志中，是该记录的一个旧版本，随着更新次数的增多，所有的版本都会被roll_pointer属性连接成一个链表，将这个链表称之为版本链，版本链的头节点就是当前记录最新的值，每个版本中还包含生成该版本时对应的事务id。可以利用这个记录的版本链来控制并发事务访问相同记录的行为，这种机制被称之为多版本并发控制（Mulit-Version Concurrency Control MVCC）。
若有事务C，事务D等一直对这条记录进行修改，那么这条记录的roll_pointer指针就会一直这样递归修改下去，最终形成一个关于修改和删除操作的Undo Log版本链。
修改和删除操作才会生成Undo Log版本链，查询操作不会生成Undo Log版本链。
InnoDB有两种版本链：insert undo log（插入操作产生）和 update undo log（更新操作产生）。
MySQL的读操作和写操作是分离的，写操作去生成版本链，而读操作只需要根据规则去查看对应的某一个版本，即快照读。
4.2、Read View
Read View 是事务进行快照读操作时产生的读视图，在该事务执行快照读的那一刻，会生成一个数据系统当前的快照，记录并维护系统当前活跃事务的id，事务的id是递增的。
Read View的最大作用是用来做可见性判断的，即当某个事务在执行快照读时，对该记录创建一个Read View的视图，把它当作条件去判断当前事务能够看到哪个版本的数据，有可能读取到的是最新的数据，也有可能读取的是当前行记录的undolog中某个版本的数据。
Read View 存放着一个列表，这个列表用来记录当前数据库系统中活跃的读写事务，也就是已经开启了，正在进行数据操作但是还未提交保存的事务。可以通过这个列表来判断某一个版本是否对当前事务可见。其中，有四个重要的字段：
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creator_trx_id
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创建当前Read View所对应的事务ID
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m_ids
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所有当前未提交事务的事务ID，即活跃事务的事务id列表
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min_trx_id
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m_ids里最小的事务id值
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max_trx_id
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InnoDB 需要分配给下一个事务的事务ID值
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如何判断当前版本对每一个事务是否可见，就是拿它们的值进行区间比较。
Read View遵循的可见性算法主要是将要被修改的数据的最新记录中的DB_TRX_ID（当前事务id）取出来，与系统当前其他活跃事务的id去对比，如果DB_TRX_ID跟Read View的属性做了比较，不符合可见性，那么就通过DB_ROLL_PTR回滚指针去取出undolog中的DB_TRX_ID做比较，即遍历链表中的DB_TRX_ID，直到找到满足条件的DB_TRX_ID,这个DB_TRX_ID所在的旧记录就是当前事务能看到的最新老版本数据。
4.3、MVCC实现可重复读
假设现在事务A和事务B同时对主键id = 1进行操作。事务A的id为20，事务B的id为30。事务A将age更新成15，事务B将age更新成30。
事务A和事务B创建各自的Read View，此时事务A的creator_trx_id = 10，事务B的creator_trx_id = 20。
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事务A
事务id为10
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事务B
事务id为20
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creator_trx_id = 10
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creator_trx_id = 20
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m_ids = [10,20]
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m_ids = [10,20]
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min_trx_id = 10
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min_trx_id = 10
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max_trx_id = 21
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max_trx_id = 21
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当前有两个活跃的事务，事务id分别为10和20。事务列表中最小的事务id是事务A，min_trx_id为10，max_trx_id值为事务B的下一个id，也就是21。
事务A去读取主键id为1的数据，找到了记录后就会去查看该记录的trx_id，事务A查看到该记录的trx_id的值为5。
将事务A的creator_trx_id与当前记录的trx_id的值进行比较：
id=1的数据记录 trx_id=5 < 事务A的 creator_id=10，判断该记录到的事务id不存在于活跃的事务列表中并且小于事务A的事务id，表示本次记录的值是在事务A查询之前提交的，可以放心读取。读取完毕，会将该记录的trx_id修改为自己的事务id。
事务A将cpp的age从10又改成了15。
同时另一个隐藏字段也会被修改，roll_pointer指针。会指向被事务A修改之前的版本，也就是cpp的年龄还是15时候的地址，为了用来记录，方便下次被查询：
之后，事务B参与进来，事务B也对主键id为1的update操作，将cpp的age从15更改为30。此时再进行一次trx_id的比较过程，去判断自己的creator_trx_id是否大于这条记录对应的trx_id，若大于则去修改这条记录的值，将age从30修改为50：
若事务A再次去读取主键id=1记录的值，这条记录的trx_id已经变成了20，会再次进行值的区间比较：发现事务A下数据记录的 trx_id(10)<主键id=1数据记录的 trx_id(20)<max_trx_id(21)，并且trx_id为20的值存在于m_ids中，代表自己读取到的是和事务a同一时间范围内一块启动的另一个未提交的活跃事务b所修改的值。< div="">
此时事务A不会去读取这条记录对应的数据，会通知Undo Log上的roll_pointer指向的地址去查找上一个1旧版本的记录，直到找到第一条trx_id小于等于自己的事务id并且不存在于m_ids列表中的记录，即为别的事务已经提交的最后一条记录并读取它。
每一个事务去读取或者修改同一个记录时，只能操作已经提交了的数据，未提交的数据是不能读取到的。
本质上就是通过Read View的字段判断这行记录对自己是否可见，如果不可见的话再去找Undo Log里面记录的对自己可见的数据。
4.4、MVCC实现读已提交
提交读能够解决脏读并发一致性问题。脏读问题本质上是一个事务读取到了另一个事务没有提交的内容。下面来看看ReadView要如何解决该问题？
事务A和事务B同一时刻开启，事务B将同一行的记录，将cpp的age改成了35，但并未提交，此时事务A读取这条记录。
事务A查看到该记录的trx_id比事务A自身的Read View列表里的creator_trx_id值大，并且修改这条记录的事务的trx_id存在于m_ids列表中，事务A就可以判断得到该记录是被另一条没有提交的事务修改的，所以事务A不会读取这条数据的内容。
事务A会继续通过Undo Log往下找第一条trx_id小于等于自己的事务id并且不再活跃事务列表m_ids里面的数据。因此，不会看到别的事务正在修改的数据，脏数据也不会产生。
4.5、总结
InnoDB存储引擎中，MVCC通过 隐藏列 + Undo Log + Read View 进行数据读取，Undo Log保存了历史快照，Read View规则用于判断当前版本的数据是否可见，不需要通过加锁的方式，就可以实现提交读和可重复读这两种隔离级别。
4.5.1、RC、RR级别下的InnoDB快照读的区别
造成RC、RR级别下快照读的结果的不同是因为Read View生成时机的不同。
1、在RR级别下的某个事务的对某条记录的第一次快照读会创建一个快照即Read View,将当前系统活跃的其他事务记录起来，此后在调用快照读的时候，还是使用的是同一个Read View,所以只要当前事务在其他事务提交更新之前使用过快照读，那么之后的快照读使用的都是同一个Read View,所以对之后的修改不可见
2、在RR级别下，快照读生成Read View时，Read View会记录此时所有其他活动和事务的快照，这些事务的修改对于当前事务都是不可见的，而早于Read View创建的事务所做的修改均是可见
3、在RC级别下，事务中，每次快照读都会新生成一个快照和Read View,这就是我们在RC级别下的事务中可以看到别的事务提交的更新的原因。
在RC隔离级别下，是每个快照读都会生成并获取最新的Read View,而在RR隔离级别下，则是同一个事务中的第一个快照读才会创建Read View，之后的快照读获取的都是同一个Read View。
5、其他
5.1、隐式提交
MySQL使用START TRANSACTION或者BEGIN语句开启事务，系统变量autocommit的值设置为OFF时，事务不会进行自动提交，当输入了某些语句（create/alter），就好像输入了commit语句，这种因某些特殊的语句而导致事务提交的情况称为隐式提交，这些会导致事务隐式提交的语句包括：ALTER、CREATE、DROP、GRANT等。
定义或修改数据库对象的数据定义语言（Datadefinition language，简称DDL）。数据库对象指的是数据库、表、视图、存储过程等。当使用CREATE、ALTER、DROP等语句去修改数据库对象时，会隐式的提交前面语句所属的事务。
BEGIN; SELECT ... -- 事务中的一条语句 UPDATE ... -- 事务中的一条语句 ... 事务中的其他语句 CREATE TABLE ... -- 隐式提交事务
5.2、保存点
若开启了一个事务，执行了很多语句，其中的某条语句有问题，此时需要使用ROLLBACK语句让数据库状态恢复到事务执行之前的样子，但可能根据业务和数据的变化，不需要全部回滚。
MySQL里提出了一个保存点（savepoint）的概念，即在事务对应的数据库语句中打几个点，在调用ROLLBACK语句时可以指定回滚到哪个店，而不是回到最初的原点。定义保存点的语法：
SAVEPOINT 保存点名称;
若想回滚到某个保存点时，可以使用如下的语句：
ROLLBACK TO [SAVEPOINT] 保存点名称;
若ROLLBACK语句后边不跟随保存点名称，会直接回滚到事务执行之前的状态。
若要删除某个保存点，可以使用如下语句：
RELEASE SAVEPOINT 保存点名称;
