mysql MVCC 原理

MVCC的定义

MVCC，即多版本并发控制，是一种并发控制的方法，一般在数据库管理系统中，实现对数据库的并发访问，在编程语言中实现事务内存。MVCC的目的是为了提高数据库的并发性能，用更好的方式去处理读写冲突，做到即使有读写冲突时，也能做到不加锁，非阻塞并发读。

MVCC的目的

在MySQL中，InnoDB存储引擎实现了MVCC机制，主要用于解决事务隔离级别为读已提交（Read Committed）和可重复读（Repeatable Read）下的数据一致性问题。在这两种隔离级别下，InnoDB使用快照读（Snapshot Read）来读取数据，而不是加锁读（Lock Read），从而避免了加锁带来的性能开销和死锁风险。

 

MVCC的实现原理

MVCC的实现原理主要依赖于每一行记录中两个隐藏字段，undo log，ReadView等。

那么，InnoDB是如何实现快照读的呢？这就涉及到MVCC的底层原理。在本文中，我们将介绍以下几个方面：

• InnoDB中每行记录的隐藏列
• InnoDB中的undo log
• InnoDB中的Read View
• InnoDB中的快照读算法

InnoDB中每行记录的隐藏列

在InnoDB存储引擎中，每一行记录都有两个隐藏列：trx_id和roll_pointer。如果表中没有主键和非NULL唯一键时，则还会有第三个隐藏的主键列row_id。

• trx_id：记录操作该数据事务的事务ID，也就是事务版本号。每个事务开始前，都会从数据库获得一个自增长的事务ID，可以从事务ID判断事务的执行先后顺序。
• roll_pointer：这个隐藏列就相当于一个指针，指向回滚段（Rollback Segment）的undo log。undo log用于记录数据被修改前的信息，在事务回滚或者快照读时需要用到。
• row_id：单调递增的行ID，不是必需的，占用6个字节。只有在表中没有主键和非NULL唯一键时才会生成。

InnoDB中的undo log

undo log，回滚日志，用于记录数据被修改前的信息。在表记录修改之前，会先把数据拷贝到undo log里，如果事务回滚，即可以通过undo log来还原数据。

可以这样认为，当delete一条记录时，undo log 中会记录一条对应的insert记录，当update一条记录时，它记录一条对应相反的update记录。

undo log有什么用途呢？

• 事务回滚时，保证原子性和一致性。
• 用于MVCC快照读。

InnoDB中的Read View

Read View是InnoDB存储引擎为了实现快照读而创建的一个数据结构。它保存了当前活跃（未提交）事务列表以及当前系统最大事务ID等信息。通过Read View可以判断某个版本的数据是否对当前事务可见。

Read View包含以下几个字段：

• creator_trx_id：创建该Read View的事务ID。
• low_limit_id：当前系统最大事务ID+1。
• up_limit_id：创建该Read View时活跃事务列表中最小的事务ID。
• trx_ids：创建该Read View时活跃（未提交）事务列表。

InnoDB中的快照读算法

快照读算法是InnoDB存储引擎根据Read View和undo log来判断某个版本的数据是否对当前事务可见的算法。它的基本思路如下：

• 如果记录的trx_id小于Read View的up_limit_id，说明该记录在Read View创建之前就已经存在，且没有被更新过，对当前事务可见。
• 如果记录的trx_id大于等于Read View的low_limit_id，说明该记录在Read View创建之后才插入或者更新，对当前事务不可见。
• 如果记录的trx_id在Read View的up_limit_id和low_limit_id之间，但不在Read View的trx_ids列表中，说明该记录是已提交事务更新或者插入的，对当前事务可见。
• 如果记录的trx_id在Read View的up_limit_id和low_limit_id之间，且在Read View的trx_ids列表中，说明该记录是未提交事务更新或者插入的，对当前事务不可见。此时需要根据记录的roll_pointer指向的undo log来还原该记录的前一个版本，然后重复上述步骤，直到找到一个对当前事务可见的版本或者不存在为止。

MVCC的应用场景和限制

• MVCC只在已提交读（Read Committed）和可重复读（Repeatable Read）两个隔离级别下工作，其他两个隔离级别和MVCC是不兼容的。
• MVCC只适用于快照读（普通的select语句），不适用于当前读（加锁的select语句）。
• MVCC可以解决不可重复读（同一条记录多次读取内容不一致）的问题，但不能解决幻读（同一范围多次读取结果集不一致）的问题。

MVCC的优缺点是：

• 优点：
  • MVCC在大多数情况下代替了行锁，实现了对读的非阻塞，读不加锁，读写不冲突。
  • MVCC可以提高数据库的并发性能和数据一致性，避免了加锁带来的开销和风险。
  • MVCC可以支持多种隔离级别，如读已提交和可重复读，通过不同的Read View生成策略来实现。
• 缺点：
  • MVCC需要额外的存储空间来保存每行记录的隐藏列和undo log。
  • MVCC需要做更多的行维护和检查工作，如遍历版本链，比较事务ID，还原数据版本等。
  • MVCC不适用于读未提交和串行化两种隔离级别，前者存在脏读问题，后者需要加锁实现。

总之，MVCC是一种并发控制的方法，利用了每行记录的隐藏列、undo log和Read View来实现快照读算法。它有利于提高数据库的并发性能和数据一致性，但也有一些额外的开销和限制。在使用MVCC时，需要根据具体的业务场景和需求来选择合适的隔离级别和事务策略。

总结

MVCC是一种并发控制的方法，用于提高数据库的并发性能和数据一致性。InnoDB存储引擎实现了MVCC机制，主要用于读已提交和可重复读两种隔离级别下的快照读。InnoDB利用每行记录的隐藏列、undo log和Read View来实现快照读算法，从而避免了加锁带来的开销和风险。