MVCC

MVCC 是一种并发控制机制,用于在多个并发事务同时读写数据库时保持数据的一致性和隔离性。它是通过在每个数据行上维护多个版本的数据来实现的。当一个事务要对数据库中的数据进行修改时,MVCC 会为该事务创建一个数据快照,而不是直接修改实际的数据行。

1、读操作(SELECT):

当一个事务执行读操作时,它会使用快照读取。快照读取是基于事务开始时数据库中的状态创建的,因此事务不会读取其他事务尚未提交的修改。具体工作情况如下:

2、写操作(INSERT、UPDATE、DELETE):

当一个事务执行写操作时,它会生成一个新的数据版本,并将修改后的数据写入数据库。具体工作情况如下:

3、事务提交和回滚:

4、版本的回收:

为了防止数据库中的版本无限增长,MVCC 会定期进行版本的回收。回收机制会删除已经不再需要的旧版本数据,从而释放空间。

MVCC 通过创建数据的多个版本和使用快照读取来实现并发控制。读操作使用旧版本数据的快照,写操作创建新版本,并确保原始版本仍然可用。这样,不同的事务可以在一定程度上并发执行,而不会相互干扰,从而提高了数据库的并发性能和数据一致性。

一致性非锁定读和锁定读

一致性非锁定读

对于 **一致性非锁定读(Consistent Nonlocking Reads)**open in new window的实现,通常做法是加一个版本号或者时间戳字段,在更新数据的同时版本号 + 1 或者更新时间戳。查询时,将当前可见的版本号与对应记录的版本号进行比对,如果记录的版本小于可见版本,则表示该记录可见

在 InnoDB 存储引擎中,多版本控制 (multi versioning)open in new window 就是对非锁定读的实现。如果读取的行正在执行 DELETE 或 UPDATE 操作,这时读取操作不会去等待行上锁的释放。相反地,InnoDB 存储引擎会去读取行的一个快照数据,对于这种读取历史数据的方式,我们叫它快照读 (snapshot read)

在 Repeatable Read 和 Read Committed 两个隔离级别下,如果是执行普通的 select 语句(不包括 select ... lock in share mode ,select ... for update)则会使用 一致性非锁定读(MVCC)。并且在 Repeatable Read 下 MVCC 实现了可重复读和防止部分幻读

锁定读

如果执行的是下列语句,就是 **锁定读(Locking Reads)**open in new window

在锁定读下,读取的是数据的最新版本,这种读也被称为 当前读(current read)。锁定读会对读取到的记录加锁:

在一致性非锁定读下,即使读取的记录已被其它事务加上 X 锁,这时记录也是可以被读取的,即读取的快照数据。上面说了,在 Repeatable Read 下 MVCC 防止了部分幻读,这边的 “部分” 是指在 一致性非锁定读 情况下,只能读取到第一次查询之前所插入的数据(根据 Read View 判断数据可见性,Read View 在第一次查询时生成)。但是!如果是 当前读 ,每次读取的都是最新数据,这时如果两次查询中间有其它事务插入数据,就会产生幻读。所以, InnoDB 在实现Repeatable Read 时,如果执行的是当前读,则会对读取的记录使用 Next-key Lock ,来防止其它事务在间隙间插入数据

InnoDB 对 MVCC 的实现

MVCC 的实现依赖于:隐藏字段、Read View、undo log。在内部实现中,InnoDB 通过数据行的 DB_TRX_ID 和 Read View 来判断数据的可见性,如不可见,则通过数据行的 DB_ROLL_PTR 找到 undo log 中的历史版本。每个事务读到的数据版本可能是不一样的,在同一个事务中,用户只能看到该事务创建 Read View 之前已经提交的修改和该事务本身做的修改

在内部,InnoDB 存储引擎为每行数据添加了三个 隐藏字段open in new window:

ReadView

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 */
}

Read Viewopen in new window 主要是用来做可见性判断,里面保存了 “当前对本事务不可见的其他活跃事务”

主要有以下字段:

数据可见性算法

在 InnoDB 存储引擎中,创建一个新事务后,执行每个 select 语句前,都会创建一个快照(Read View),快照中保存了当前数据库系统中正处于活跃(没有 commit)的事务的 ID 号。其实简单的说保存的是系统中当前不应该被本事务看到的其他事务 ID 列表(即 m_ids)。当用户在这个事务中要读取某个记录行的时候,InnoDB 会将该记录行的 DB_TRX_ID 与 Read View 中的一些变量及当前事务 ID 进行比较,判断是否满足可见性条件

MVCC➕Next-key-Lock 防止幻读

InnoDB存储引擎在 RR 级别下通过 MVCC和 Next-key Lock 来解决幻读问题:

1、执行普通 select,此时会以 MVCC 快照读的方式读取数据

在快照读的情况下,RR 隔离级别只会在事务开启后的第一次查询生成 Read View ,并使用至事务提交。所以在生成 Read View 之后其它事务所做的更新、插入记录版本对当前事务并不可见,实现了可重复读和防止快照读下的 “幻读”

2、执行 select...for update/lock in share mode、insert、update、delete 等当前读

在当前读下,读取的都是最新的数据,如果其它事务有插入新的记录,并且刚好在当前事务查询范围内,就会产生幻读!InnoDB 使用 Next-key Lockopen in new window 来防止这种情况。当执行当前读时,会锁定读取到的记录的同时,锁定它们的间隙,防止其它事务在查询范围内插入数据。只要我不让你插入,就不会发生幻读

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https://javaguide.cn/database/mysql/innodb-implementation-of-mvcc.html