MySQL MVCC实现原理
MySQL的InnoDB存储引擎使用多版本并发控制(MVCC,Multi-Version Concurrency Control)机制来支持高并发的读写操作,同时保证事务的隔离性和一致性。MVCC允许不同的事务看到不同的数据版本,从而减少了锁的竞争,提高了数据库的并发性能。
隐式字段
InnoDB在每行记录中添加了几个隐藏的列,包括:
DB_TRX_ID
:记录最后一次修改(插入或更新)该行的事务ID,此外,删除在内部被视为更新,其中行中的一个特殊位被设置以标记它已被删除。DB_ROLL_PTR
:滚回指针,滚回指针指向回滚段中写入的undo日志记录,用于回滚操作。DB_ROW_ID
:行的内部ID,插入而单调递增的行ID,用于辅助排序和查找。如果InnoDB自动生成聚簇索引,索引将包含行ID值。否则,DB_ROW_ID
列不会出现在任何索引中。
回滚段中的undo日志分为插入和更新undo日志。
- 插入undo日志仅在事务回滚时需要,一旦事务提交即可丢弃。
- 更新undo日志也在一致读中使用,但只能在没有分配快照的事务存在的情况下丢弃,该快照在一致读中可能需要更新undo日志中的信息来构建数据库行的早期版本。
在InnoDB的多版本方案中,当您使用SQL语句删除行时,行不会立即从数据库物理删除。InnoDB仅在丢弃为删除编写的更新undo日志记录时物理删除对应的行及其索引记录。此删除操作称为清除,它非常快速,通常与执行删除的SQL语句所花费的时间大致相同。
InnoDB复杂的MVCC实现确保并发事务可以在不互相阻塞的情况下运行,同时保持数据的完整性和一致性。
版本链
每当一行数据被更新时,InnoDB并不会直接修改该行,而是生成一个新的行版本,并且保留旧的行版本。这样,不同的事务就可以看到不同时间点的数据版本。
Read View
Read View是事务可见性的关键概念。当一个事务开始时,它会创建一个Read View,这个Read View包含了当前活跃事务的列表。Read View用于判断某一行是否对当前事务可见。只有那些在Read View创建之前就已经提交的事务所修改的行才会对当前事务可见。
快照读和当前读
- 快照读(Snapshot Read):快照读是非锁定读取,即SELECT查询默认的行为。它读取的是最新的可读版本,不会阻塞其他事务对同一行的读写操作。
- 当前读(Current Read):当前读是指锁定读取,通常发生在使用
FOR UPDATE
或LOCK IN SHARE MODE
时。它会读取行的最新版本,并可能产生行级锁。
隔离级别
- 读已提交(Read Committed):在这个隔离级别下,每次读操作都会看到最新的提交版本,这意味着事务间的可串行化程度较低,但并发度较高。
- 可重复读(Repeatable Read):在这个隔离级别下,一旦事务读取了某行数据,即使有其他事务更新了该行,当前事务再次读取时仍会看到第一次读取时的版本,因此可以重复读取相同的数据版本。
实现流程
- 对于快照读,InnoDB会检查行的版本是否比当前事务的Read View早,如果是,则行可见;否则,行不可见。
- 对于当前读,InnoDB会直接读取行的最新版本,并可能产生锁。
通过上述机制,InnoDB能够有效地处理并发读写操作,同时保证了事务的ACID属性。
需要注意的是,虽然MVCC提高了并发性能,但它也增加了存储空间的消耗,因为需要存储多个版本的数据,并且在某些情况下可能导致幻读(Phantom Reads)。此外,MVCC的实现也会增加一些额外的计算开销,尤其是在需要进行版本比较和Read View维护时。