• MVCC的执行原理

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  MVCC的执行原理

  • MVCC简介
  • 事务的隔离级别
  • MVCC作用
  • 当前读和快照读
  • MVCC实现原理
  • • Undo Log
    • Undo Log 版本链
    • Read View
    • 判断方法
    • 判断规则
  • 小结

  MVCC简介

  MVCC（Multi-Version Concurrency Control）是一种并发控制机制，用于解决数据库并发访问中，数据一致性问题。它通过在读写操作期间保存多个数据版本，以提供并发事务间的隔离性，从而避免了传统的锁机制所带来的资源争用和阻塞问题。

  所谓的一致性问题，就是在并发事务执行时，应该看到那些数据和不应该看到那些数据。

  事务的隔离级别

  为了解决并发事务存在的脏读、不可重复读、幻读等问题，数据库大叔设计了四种隔离级别。

  • 读未提交（Read Uncommitted）：读未提交隔离级别，只限制了两个数据不能同时修改，但是修改数据的时候，即使事务未提交，都是可以被别的事务读取到的，这级别的事务隔离有脏读、重复读、幻读的问题；
  • 读已提交（Read Committed）：读已提交隔离级别，当前事务只能读取到其他事务提交的数据，所以这种事务的隔离级别解决了脏读问题，但还是会存在重复读、幻读问题；
  • 可重复读（Repeatable Read）：可重复读隔离级别，限制了读取数据的时候，不可以进行修改，所以解决了不可重复读的问题，但是读取范围数据的时候，是可以插入数据，所以还会存在幻读问题；
  • 串行化（Serializable ）：事务最高的隔离级别，在该级别下，所有事务都是进行串行化顺序执行的。可以避免脏读、不可重复读与幻读所有并发问题。但是这种事务隔离级别下，事务执行很耗性能。

  MVCC作用

  数据库是通过加锁，来实现事务的隔离性的。加锁确实好使，可以保证隔离性。比如串行化隔离级别就是加锁实现的。从而避免了脏读、不可重复读、幻读的问题。但是频繁的加锁，导致读数据时，没办法修改，修改数据时，没办法读取，大大降低了数据库性能。

  那么，如何解决加锁后的性能问题的？

  答案就是：MVCC多版本并发控制！ 它实现读取数据不用加锁，可以让读取数据同时修改。修改数据时同时可读取。
  四大隔离级别中的 读已提交（RC） 和 可重复读（RR） 隔离级别就是通过MVCC来实现的。

  当前读和快照读

  快照读：是指在一个事务中，读取的数据版本是在事务开始时已经存在的数据版本，而不是最新的数据版本。这种读取方式提供了事务在执行期间看到的数据视图的一致性，select 查询就是快照读。

  当前读：是指在事务中读取最新的数据版本，以下几种操作都是快照读：

  • 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）

  MVCC实现原理

  MVCC 主要是依靠以下三部分实现的：

  • Undo Log
  • Undo Log 版本链
  • Read View（读视图或者叫一致性视图）

  Undo Log

  Undo Log 主要是用于数据库中事务回滚的，但在 MVCC 机制中也发挥着重要的作用。

  Undo Log 版本链

  Undo Log 版本链是指在每个数据对象上维护的 Undo Log 记录链表。每张表都会有与之相对应的 Undo Log 版本链，用于记录修改前的数据信息（以方便数据进行回滚）。
  

  Read View

  Read View（读视图）用于管理事务之间数据可见性的一种机制。Read View 在特定时刻为事务创建的一个快照，该快照包含了在该时刻所有未提交事务的事务标识符，以及其他一些辅助信息。
  在 Read View 中包含了以下 4 个主要的字段：

  • 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：预分配的事务编号，当前最大事务编号+1。
  • creator_trx_id：ReadView 创建者的事务编号。

  解释：
  活跃的事务编号：指的是已经创建，但未commit的事务，即处理中的事务id。

  RC 级别中，每次快照读都会生成一个全新的 Read View，而 RR 级别中同一个事务会复用一个 Read View。
  有了 Read View 和 Undo Log 链之后，并发事务在查询时就知道要读取那些数据了。

  判断方法

  判断方法是根据 Read View 中的 4 个重要字段，先去 Undo Log 中最新的数据行进行比对，如果满足下面 Read View 的判断条件，则返回当前行的数据，如果不满足则继续查找 Undo Log 的下一行数据，直到找到满足的条件的数据为止，如果查询完没有满足条件的数据，则返回 NULL。

  判断规则

  

  • trx_id==creator_trx_id：先将 Undo Log 最新数据行中的 trx_id 和 ReadView 中的 creator_trx_id 进行对比，如果他们两个值相同，则说明是在同一个事务中执行，那么直接返回当前 Undo Log 的数据行即可，如果不相等，则继续下面流程。
  • trx_id
  • trx_id>max_trx_id：如果 trx_id 如果大于等于 max_trx_id，则说明该行数据比当前操作执行的晚，当前行数据不可见，继续执行后续流程。
  • min_trx_id<=trx_id
  • trx_id 在 m_ids 中：说明事务尚未执行完，该行数据不可被访问。
  • trx_id 未在 m_ids 中：说明事务已经执行完，可以返回该行数据。

对于删除的情况，会将版本链的最新数据复制一份，然后将trx_id修改成删除操作的trx_id，同时会在记录的头信息的标记位(delete_flag)上设置true，用来表示已经删除，在查询时，如果对应记录的delete_flag为true，则表示已经被删除，就不会返回数据。

以上判断规则从 Undo Log 最新的行数据，逐行对比，直到找到匹配的数据，否则查询完未匹配上，则返回 NULL。

小结

• MVCC 的实现主要依赖读视图 Read View 和 Undo Log 链，通过 Read View 中的 4 个字段，判断要读取 Undo Log 中数据，从而解决了数据库并发访问中，数据一致性的问题。

• MVCC 主要应用于 InnoDB 引擎中的 RC 事务隔离级别和 RR 隔离级别，其中 RC 隔离级别每次快照读都会生成一个新的 Read View，而 RR 隔离级别只在第一次快照读时生成 Read View，之后会复用 Read View，从而解决了（部分）幻读问题。

• MVCC是一种用于解决数据库并发问题的乐观锁技术，多版本并发控制通过保存数据在某个时间点的快照来实现。换句话说，读操作不会阻塞写操作，写操作也不会阻塞读操作，以此来提高数据库性能。在每次对数据的操作，都用在undo日志版本链中进行。