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2023-03-31
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MySQL MVCC

# MVCC

# 什么是 MVCC

MVCC(Multi Version Concurrency Control)，中⽂名是多版本并发控制，简单来说就是通过维护数据历史版本，从⽽解决并发访问情况下的读⼀致性问题。MySQL 的 MVCC 可以实现，在不同Read View里，同一条记录在系统中可以有多个版本。innodb引擎主要是通过undo log 和事务版本号来实现多版本，利用锁机制来实现并发控制。

在 MySQL InnoDB 存储引擎下，RC（读已提交）、RR（可重复读） 基于 MVCC 进行并发事务控制，MVCC 是基于“数据库版本”对并发事务进行访问的。

关于它的实现，要抓住⼏个关键点，隐式字段、undo⽇志、版本链、快照读&当前读、Read View。

# undo log

innodb引擎会给每张表加一个隐含的列，存储的是事务版本号。当修改数据的时候，会生成一条对应的undo log，undo log一般用于事务回滚，里面含有版本信息。简单来说可以认为undo log存储了历史版本数据。每当发起查询的时候，MySQL 依据隔离级别的设置生成Read View，来判断当前查询可以读取哪个版本的数据。

# undo log 是什么

undo log即事务的回滚日志。比如在事务里执行一个INSERT，那么对应的undo log就是一个DELETE语句。

  • INSERT -> DELETE
  • UPDATE -> UPDATE
  • DELETE -> INSERT

# undo log 的作用

innodb引擎会给每张表加一个隐含的列，存储的是事务版本号。当修改数据的时候，会生成一条对应的undo log。undo log主要用于回滚，里面包含版本信息，它还需要将所有的历史变化记录下来（MySQL 确保版本链数据不再被“引用”后再进行删除），才能准确回滚数据。

创建一个测试用的表，并插入原始数据id=1，c=0：

mysql> create table T(id int primary key, c int) engine=InnoDB;
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)

mysql> insert into T(id, c) values(1, 0);
Query OK, 1 row affected (0.03 sec)
1
2
3
4
5

下面有四个事务，分别在不同时机开启，并在不同时间执行UPDATE和SELECT语句：

事务 A trx_id=1 事务 B trx_id=2 事务 C trx_id=3 事务 D trx_id=4
begin;
update T set c=1 where id=1;
commit;
begin; begin;
update T set c=2 where id=1;
select * from T where id=1;
commit;
begin;
update T set c=3 where id=1;
select * from T where id=1;
commit; commit;

事务 D 分别在不同隔离级别下读到的数据：

  • RC 级别
    • 第一次select得到的结果：c=1
    • 第二次select得到的结构：c=2
  • RR 级别``
    • 第一次select得到的结果：c=1
    • 第二次select得到的结果：c=1

RC 级别下出现了“不可重复读”。

# 基于 undo log 的版本链

还是以上面的事务执行为例子，事务执行过程中 undo log 记录的版本链：

unlog_version_link

版本链又各个事务的回滚段通过链表链接而成，回滚段出了行数据外，还有两个隐式字段：

  • trx_id：事务 ID
  • db_roll_ptr：指向一个回滚段的指针

每个事务都会生成一个版本，事务与事务之间的版本就会形成一条版本链。

例如，事务 C 回滚时，它会根据db_roll_ptr找下一条回滚版本，然后回滚到trx_id=2的版本。

# Read View

在可重复读隔离级别下，事务在启动的时候就“拍了个快照”（Read View）。注意，这个快照是基于整库的。

InnoDB 里面每个事务有一个唯一的事务 ID，叫作 transaction id。它是在事务开始的时候向 InnoDB 的事务系统申请的，是按申请顺序严格递增的。

而每行数据也都是有多个版本的。每次事务更新数据的时候，都会生成一个新的数据版本，并把 transaction id 赋值给这个数据版本的事务ID，记为row trx_id。同时，旧的数据版本要保留，并且在新的数据版本中，能够有信息可以直接拿到它。也就是说，数据表中的一行记录，其实可能有多个版本(row)，每个版本有自己的row trx_id。

# Read View 是什么

Read View是“快照读” SQL 执行时 MVCC 提取数据的依据。

  • 快照读：快照读是最普通的SELECT查询 SQL 语句。
  • 当前读：指执行下列语句时进行数据读取的方式
    • INSERT、UPDATE、DELETE
    • SELECT ... FOR UPDATE;
    • SELECT ... LOCK IN SHARE MODE；

Read View是一个数据结构，包含4个字段：

  • m_ids：当前活跃的事务编号集合
  • min_trx_id：最小活跃事务编号
  • max_trx_id：已分配事务编号，等于当前最大事务编号+1
  • creator_trx_id：Read View创建者的事务编号

# 在不同隔离级别的 Read View 和版本链访问规则

# 读已提交（RC）

Read View

在每一次执行快照读时都会生成Read View。

MySQL-RC级别下ReadView

版本链数据访问规则

事务 D 第一条SELECT：

MySQL-RC级别下第一条访问版本链

对每个版本按一下规则逐个判断，直到找到了满足规则的版本：

  1. 判断的当前事务 ID 是否等于creator_trx_id(4)。成立则说明数据就是自己这个事务更改的，可以访问。
  2. 判断是否满足trx_id < min_trx_id(2)。成立则说明数据以及提交了，可以访问。
  3. 判断是否满足trx_id > max_trx_id(5)。成立则说明事务是在Read View生成以后才开启，不允许访问。
  4. 判断是否满足min_trx_id(2) <= trx_id <= max_trx_id(5)。成立的话就在m_ids数据中对比，如果trx_id不在m_ids里，则代表数据以及提交了，可以访问。

根据Read View可以读到事务 A 提交的数据，即c=1。

事务 D 第二条SELECT：

MySQL-RC级别下第二条访问版本链

对每个版本按一下规则逐个判断，直到找到了满足规则的版本：

  1. 判断的当前事务 ID 是否等于creator_trx_id(4)。成立则说明数据就是自己这个事务更改的，可以访问。
  2. 判断是否满足trx_id < min_trx_id(3)。成立则说明数据以及提交了，可以访问。
  3. 判断是否满足trx_id > max_trx_id(5)。成立则说明事务是在Read View生成以后才开启，不允许访问。
  4. 判断是否满足min_trx_id(3) <= trx_id <= max_trx_id(5)。成立的话就在m_ids数据中对比，如果trx_id不在m_ids里，则代表数据以及提交了，可以访问。

根据Read View可以读到事务 B 提交的数据，即c=2。

# 可重复读（RR）

仅在第一次执行快照时生成Read View，后续快照读复用。

MySQL-RR级别下ReadView

版本链数据访问规则

事务 D 所有SELECT：

MySQL-RC级别下第一条访问版本链

对每个版本按一下规则逐个判断，直到找到了满足规则的版本：

  1. 判断的当前事务 ID 是否等于creator_trx_id(4)。成立则说明数据就是自己这个事务更改的，可以访问。
  2. 判断是否满足trx_id < min_trx_id(2)。成立则说明数据以及提交了，可以访问。
  3. 判断是否满足trx_id > max_trx_id(5)。成立则说明事务是在Read View生成以后才开启，不允许访问。
  4. 判断是否满足min_trx_id(2) <= trx_id <= max_trx_id(5)。成立的话就在m_ids数据中对比，如果trx_id不在m_ids里，则代表数据以及提交了，可以访问。

根据Read View可以读到事务 A 提交的数据，即c=1。

# RR 级别下使用 MVCC 是否能避免幻读

答案：能，但不完全能。

连续多次快照读，Read View会产生复用，没有幻读问题。

特例：当两次快照读之间存在当前读，Read View会重新生成，导致产生幻读。

例子：

创建一个测试表，并插入原始数据：

mysql> create table T(id int primary key, c int, d int) engine=InnoDB;
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)

mysql> insert into T(id, c, d) values(1, 0, 0);
Query OK, 1 row affected (0.03 sec)
1
2
3
4
5
事务 A 事务 B
begin; begin;
select * from T where c=0;
insert into T(id, c, d) values(2, 0, 1);
commit;
update T set d=10;
select * from T where c=0;
commit;

事务 B 第一条SELECT查到的结果：

mysql> select * from T where c=0;
+----+------+------+
| id | c    | d    |
+----+------+------+
|  1 |    0 |    0 |
+----+------+------+
1 row in set (0.00 sec)
1
2
3
4
5
6
7

事务 B 第二条SELECT查到的结果：

mysql> select * from T where c=0;
+----+------+------+
| id | c    | d    |
+----+------+------+
|  1 |    0 |   10 |
|  2 |    0 |   10 |
+----+------+------+
2 rows in set (0.00 sec)
1
2
3
4
5
6
7
8

从结果中可知，事务 B 出现了幻读。这是因为事务 A 新插入了一条数据，同时事务 B 的两条SELECT之间使用了UPDATE语句（当前读），会重新生成Read View。

# 小结

  • innodb引擎会给每张表加一个隐含的列，存储的是事务版本号。当修改数据的时候，会生成一条对应的undo log，undo log一般用于事务回滚，里面含有版本信息。
  • 在不同Read View里，同一条记录在系统中可以有多个版本。这就是 MVCC(Multi Version Concurrency Control)。
  • Read View是“快照读” SQL 执行时 MVCC 提取数据的依据。在 RC 隔离级别下，每一次执行快照读时都会生成Read View；在 RR 隔离级别下，仅在第一次执行快照时生成Read View，后续快照读复用。
  • 每个事务会根据Read View在不同隔离级别下，在undo log寻找符合条件的版本。

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上次更新: 2024/05/29, 14:25:22
事务隔离性和隔离级别
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