MYSQL的多版本并发控制MVCC(Multi-Version Concurrency Control)

1、概述

MVCC是一种用于数据库管理系统的并发控制技术，允许多个事务同时访问数据库，而不会导致读写冲突。也就是说在读写的时候，线程不用去争抢读写锁。因为加锁的过程比较耗性能。
当然很多时候还是必须的，不能避免，比如说，去ATM机取钱的时候，同时又在手机APP上进行提现，这种操作就需要加锁，不能让其同时提现，一次只能一个操作，而且只有在ATM取钱这个事务被提交之后才能做其他操作。

处理并发的场景无外乎三种：

读、读：这个不需要做控制，因为数据没有变化
读、写：存在线程安全问题，可能出现脏读、幻读，不可重复读
写、写：存在线程安全问题，可能出现更新丢失的情况

这里介绍的MVCC是在存储引擎为InnoDB实现的，目的也是为了提高数据库的并发性能，不使用加锁的方式去处理读、写并发。

2、MVCC特点

这里的读操作，有两种方式：
快照读：SELECT语句，在读写的时候不用加锁，所以效率很高，但也存在读取的时候有更新操作，可能会读到历史数据。

当前读：读取的是最新数据，是一种悲观锁的操作。它会对当前读取的数据进行加锁，避免其他事物对其进行写操作。主要包括以下几种操作：

select lock in share mode（共享锁）
select for update（排他锁）
update（排他锁）
insert（排他锁）
delete（排他锁）

3、准备数据

在介绍之前，没有安装MYSQL的，可以先进行安装，下载地址：https://dev.mysql.com/downloads/
安装好了之后，我们就新建库与表，插入一些数据来做个测试

CREATE DATABASE mydb;
USE mydb;
 
CREATE TABLE `tb1` (
  `id` int(12) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(32) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=UTF8;
 
INSERT INTO tb1(name) VALUES ('XIAO1'),('XIAO2'),('XIAO3');
 
CREATE TABLE `tb2` (
  `id` int(12) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(32) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=myisam;
 
INSERT INTO tb2(name) VALUES ('LAO1'),('LAO2'),('LAO3');

这里我特地创建了两张表，分别是表tb1对应的是InnoDB引擎，表tb2对应的是myisam引擎，创建之后，也可以看到两者的数据格式也是不一样的，我们先查询下，新建的数据库mydb以及保存的数据在什么地方：

mysql> show variables like '%datadir%';
+---------------+---------------------------------------------+
| Variable_name | Value                                       |
+---------------+---------------------------------------------+
| datadir       | C:\ProgramData\MySQL\MySQL Server 8.0\Data\ |
+---------------+---------------------------------------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

然后可以看到，InnoDB引擎对应的是：tb1.ibd ，myisam对应的是：tb2.MYD(数据)、tb2.MYI(索引)、tb2_402.sdi(表结构)[这个在以前的版本没有出现]
在MySQL5.5之后都是默认为InnoDB引擎

4、MVCC原理

在MYSQL存储的数据中，除了我们显式定义的字段，还隐含着两个字段。
trx_id：事务id，每进行一次事务操作，就会自增1。
roll_pointer：回滚指针，用于找到上一个版本的数据，结合undolog进行回滚。

我们用SELECT读数据时，这一时刻的数据会有很多个版本【比如上图四个版本】，但我们并不知道读取哪个版本，依赖ReadView来对我们进行版本的选择，通过ReadView我们就能够知道读取哪个版本。我们来看下这个ReadView的定义：

class ReadView {
/* ... */
private:
trx_id_t m_low_limit_id; /* 大于等于这个 ID 的事务均不可见 */
 
trx_id_t m_up_limit_id; /* 小于这个 ID 的事务均可见 */
 
trx_id_t m_creator_trx_id; /* 创建该 Read View 的事务ID */
 
trx_id_t m_low_limit_no; /* 事务 Number, 小于该 Number 的 Undo Logs 均可以被 Purge */
 
ids_t m_ids; /* 创建 Read View 时的活跃事务列表 */
 
m_closed; /* 标记 Read View 是否 close */
}

字段的解释：

m_low_limit_id：目前出现的最大事务ID+1(下一个将被分配的事务ID)。大于等于这个ID的数据版本均不可见，也就访问不到。

m_up_limit_id：活跃事务列表m_ids中最小的事务ID，如果为空，则m_up_limit_id为m_low_limit_id。小于这个ID的数据版本均可见。

m_ids：ReadView创建时其他未提交的活跃事务ID列表。创建ReadView时，将当前未提交事务ID记录下来，后续即使它们修改了记录行的值，对于当前事务也是不可见的。m_ids 不包括当前事务自己和已提交的事务（正在内存中）

m_creator_trx_id：创建该ReadView的事务ID

5、实践操作

开四个终端，新建三个事务，两个写操作，一个读操作，还有一个就是单纯的查询。大家可以根据不同的进入时间来了解这个过程，会产生未提交和已提交事务状态，对应的查询信息都是不一样的，具体代码分别如下：

BEGIN;
UPDATE tb1 SET  name='XXX' WHERE id=1;
UPDATE tb1 SET  name='YYY' WHERE id=1;
COMMIT;
 
BEGIN;
UPDATE tb1 SET  name='ZZZ' WHERE id=1;
UPDATE tb1 SET  name='QQQ' WHERE id=1;
DELETE FROM tb1 WHERE id=5;
COMMIT;
 
BEGIN;
SELECT * FROM tb1 WHERE id=1;
COMMIT;
 
SELECT * FROM tb1;

6、小结

对于这种读写并发，以及对性能的要求，大家需要看实际业务情况来做决定，其中这里主要是介绍InnoDB引擎，这个要高效很多，在以前的旧版本可能大家使用MyISAM这个更多，因为性能很好，不过不支持事务操作，所以很多场景也就不适应，MYSQL5.5版本之后就是默认InnoDB引擎了。
最后大家也可以尝试在表tb2中去尝试下，看下是什么结果，因为这张表使用的是MyISAM引擎，就起不到作用了。
另外需要注意的是，事务的提交是默认自动的，有些时候需要关闭，将默认的1修改为0：

SET AUTOCOMMIT=0;
SELECT @@AUTOCOMMIT;

比如说对于脏读的情况，我们需要当前读，也就是需要排它锁：

SET AUTOCOMMIT=0;
BEIGIN;
DELETE FROM tb1 WHERE id=2;

这种情况如果我们的事务在这个时候进去，对这个id=2进行读写操作，就会出现脏读的情况，这个时候就需要使用SELECT FOR UPDATE，等待事务处理完毕之后再做相应的操作。

对于脏读这种情况，很常见，比如说事务在做删除操作，这个时候记录已被删除但是还没有提交事务，如果进行查询操作就会出现脏读，如下：

SET AUTOCOMMIT=0;
BEGIN;
SELECT * FROM tb1 WHERE id=2 FOR UPDATE;
UPDATE tb1 SET  name='QQQ' WHERE id=1;
COMMIT;