MySQL系列｜MySQL的MVCC原理
转自：https://www.jianshu.com/p/b42891274dc9
参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/460466865
MVCC(Multi Version Concurrency Control的简称)，代表多版本并发控制。与MVCC相对的，是基于锁的并发控制（Lock-Based Concurrency Control)。
MVCC主要是为了提高数据库的并发性能，读不加锁，读写不冲突。在读多写少的OLTP应用中，读写不冲突是非常重要的，极大的增加了系统的并发性能。
1 当前读和快照读
1. 1 当前读
当前读读指取的是记录的最新版本，读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录，会对读取的记录进行加锁。比如以下这些操作都是一种当前读：
//共享锁 select lock in share mode; select for update; //排他锁 update; insert; delete;
1. 2 快照读
快照读是不加锁的非阻塞读，基于 MVCC 实现，目的是提高并发性能的。快照读读到的并不一定是数据的最新版本，而有可能是之前的历史版本。
简单说 MVCC 就是为了实现读-写冲突不加锁，而这个读指的就是快照读, 而非当前读，当前读实际上是一种加锁的操作，是悲观锁的实现。快照读的前提是隔离级别不是串行级别（串行级别下的快照读会退化成当前读）。一般的select语句都是快照读。
2 事务的隔离性
在MySQL InnoDB中，支持四种事物隔离级别
-
READ UNCOMMITED（未提交读）
使用查询语句不会加锁，允许脏读，事务能够看到其他事务没有提交的修改，当另一个事务又回滚了修改后的情况，被称为脏读（Dirty Read）。 -
READ COMMITED（提交读）：只能读取到已经提交的数据，只对记录加记录锁，而不会在记录之间加间隙锁，所以允许新的记录插入到被锁定记录的附近，所以再多次使用查询语句时，可能得到不同的结果，称为不可重复读（Non-Repeatable Read）。
-
REPEATABLE READ（可重复读）：多次读取同一范围的数据会返回第一次查询的快照，会返回相同的数据行。可重复读中可能出现第二次读到而第一次没有读到的数据，也就是被其他事务插入的数据，这种情况称为幻读（Phantom Read）
-
SERIALIZABLE（串行读）：完全串行化的读，每次读都需要获得表级共享锁，读写相互都会阻塞。
隔离级别 脏读 不可重复读 幻读 概念 READ UNCOMMITED √ √ √ READ COMMITTED × √ √ REPEATABLE READ × × √ SERIALIZABLE × × ×
大多数数据库系统的默认隔离级别都是READ COMMITTED(RC)，而MySQL的默认事务隔离级别是REPEATABLE READ(RR) ，RR解决幻读是靠锁和MVCC机制。
3 undo日志
insert undo log
代表事务在 insert 新记录时产生的 undo log, 只在事务回滚时需要，并且在事务提交后可以被立即丢弃。
update undo log
事务在进行 update 或 delete 时产生的 undo log ; 不仅在事务回滚时需要，在快照读时也需要；所以不能随便删除，只有在快速读或事务回滚不涉及该日志时，对应的日志才会被 purge 线程统一清除。
对 MVCC 有帮助的实质是 update undo log ，undo log 实际上就是存在 rollback segment 中的旧记录链。
4 MVCC原理
4.1隐藏字段
MySQL中，在每一行记录中除了数据字段，还有一些隐藏字段：
- DB_ROW_ID：单调递增的行 ID，没定义主键时，InnoDB会以row_id为主键生成一个聚集索引。
- DB_TRX_ID：事务ID：记录了新增/最近修改这条记录的事务id，事务id是自增的。
- DB_ROLL_PTR：回滚指针：指向当前记录的上一个版本（在 undo log 中）。
4.2 版本链
在修改数据的时候，会向 undo log 记录数据原来的快照，用于回滚事务。
多个事务操作同一行数据时，不同事务对该行数据的修改会产生多个版本，然后通过回滚指DB_ROLL_PTR连成一个链表，这个链表就称为版本链。
4.2 ReadView
ReadView就是事务执行SQL语句时，产生的读视图。
注意，ReadView是与SQL绑定的，而并不是事务，所以即使在同一个事务中，每次SQL启动时构造的ReadView（up_trx_id和low_trx_id）也都是不一样的
核心的数据结构
trx_id_t: 每个读写事务都会通过全局id产生器产生一个id，只读事务的事务id为0，只有当其切换为读写事务时候再分配事务id。
trx_sys_t: 这个结构体用来维护系统的事务信息，全局只有一个，在数据库启动的时候初始化。比较重要的字段有：
- max_trx_id：这个字段表示系统当前还未分配的最小事务id，如果有一个新的事务，直接把这个值作为新事务的id，然后这个字段递增即可。
- descriptors：这个是一个数组，里面存放着当前所有活跃的读写事务id，当需要开启一个readview的时候，就从这个字段里面拷贝一份，用来判断记录的对事务的可见性。
read_view_t:
InnDB为了判断某条记录是否对当前事务可见，需要对此记录进行可见性判断，这个结构体就是用来辅助判断的。
当需要一个一致性读的时候(即创建新的readview时)，会把全局读写事务id拷贝一份到readview本地(read_view_t->descriptors)，当做当前事务的快照。read_view_t中包含了3个重要的属性：
- up_limit_id：read_view_t->descriptors中最小的值，所有小于此值的记录都应该被此readview看到，可以理解为low water mark。
- low_limit_id：创建read_view_t时的max_trx_id，其一定大于read_view_t->descriptors中的最大值，所有大于等于此值的记录都不应该被此readview看到，可以理解为high water mark。
- trx_ids：read_view_t->descriptors的事务id列表，即Read View初始化时当前未提交的事务列表。
可见性判断逻辑
当查询出一条记录后(记录上有一个trx_id，表示这条记录最后被修改时的事务id)，可见性判断的逻辑如下：
-
如果记录上的trx_id小于read_view_t->up_limit_id，则说明这条记录的最后修改在readview创建之前，因此这条记录可以被看见。
-
如果记录上的trx_id大于等于read_view_t->low_limit_id，则说明这条记录的最后修改在readview创建之后，因此这条记录不可以被看见。
-
如果记录上的trx_id在read_view_t->up_limit_id和read_view_t->low_limit_id之间，分两种情况：
- trx_id在read_view_t->descriptors，则表示这条记录的最后修改是在readview创建之时，被另外一个活跃事务所修改，所以这条记录也不可以被看见。
- trx_id不在read_view_t->descriptors之中，则表示这条记录的最后修改在readview创建之前，所以可以看到。
当进行RR读的时候，除了事务自己做的变更外，trx_ids中的事务对于本事务是不可见的。
可见性算法
Read View遵循一个可见性算法，主要是将要被修改的数据的最新记录中的 DB_TRX_ID（即当前事务 ID ）取出来，如果 DB_TRX_ID 跟 Read View 的属性做了某些比较，不符合可见性，那就通过 DB_ROLL_PTR 回滚指针去取出 Undo Log 中的 DB_TRX_ID 再比较，即遍历链表的 DB_TRX_ID（从链首到链尾，即从最近的一次修改查起），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。
5 RC , RR的不同
5.1 ReadView生成
RC , RR 隔离级别的一个非常大的区别就是它们生成ReadView的时机不同。
RR下的ReadView
- 第一次创建readview后，这个readview就会一直持续到事务结束，也就是说在事务执行过程中，数据的可见性不会变，所以在事务内部不会出现不一致的情况
总结：当前事务过程中，区间[up_trx_id, low_trx_id]中的事务如果已经提交了，对当前事务是不可见的。
RC下的ReadView生成
- 事务中的每个查询语句都单独构建一个readview，所以如果两个查询之间有事务提交了，两个查询读出来的结果就不一样
总结：当前事务过程中，区间[up_trx_id, low_trx_id]中的事务如果已经提交了，对当前事务可见。
5.2 RC和RR隔离级别下的快照读和当前读：
- RC隔离级别下，快照读和当前读结果一样，都是读取已提交的最新；
- RR隔离级别下，当前读结果是其他事务已经提交的最新结果，快照读是读当前事务之前读到的结果。RR下创建快照读的时机决定了读到的版本。
5.3 解决幻读问题
对于快照读：通过MVCC来进行控制的，不用加锁。按照MVCC中规定的“语法”进行增删改查等操作，以避免幻读。
对于当前读：通过next-key锁（行锁+gap锁）来解决幻读问题。
