【Mysql】深入理解 MVCC 多版本并发控制
阅读原文时间:2021年11月26日阅读:1

MVCC

MVCC(Multi-Version Concurrency Control),即多版本并发控制。是 innodb 实现事务并发与回滚的重要功能。锁机制可以控制并发操作,但是其系统开销较大,而MVCC可以在大多数情况下代替行级锁,使用MVCC,能降低其系统开销.

具体实现是在数据库的每一行中,额外添加三个字段:

DB_TRX_ID : 记录插入或更新该行的最后一个事务的事务ID

DB_ROLL_PTR : 指向改行对应undolog 的指针

DB_ROW_ID : 单调递增的ID,他就是AUTO_INCREMENT的主键ID

快照读

像不加锁的select操作就是快照读,快照读的出现是基于提高并发性能的考虑,快照读的实现是基于多版本并发控制,即MVCC。可以认为 MVCC 是行锁的一个变种,在很多情况下,避免了加锁操作,降低了开销;既然是基于多版本,即快照读可能读到的并不一定是数据的最新版本,而有可能是之前的历史版本

当前读

读取的是当前的数据,不需要通过undo log回溯到事务开启前的状态。读取的是记录的最新版本,读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录,会对读取的记录进行加锁。

数据库并发场景有三种,分别为:

  • 读-读:不存在任何问题,也不需要并发控制
  • 读-写:有线程安全问题,可能会造成事务隔离性问题,可能遇到脏读,幻读,不可重复读
  • 写-写:有线程安全问题,可能会存在更新丢失问题,比如第一类更新丢失,第二类更新丢失

说白了 MVCC 就是为了实现读-写冲突不加锁,而这个读指的就是快照读, 而非当前读,当前读实际上是一种加锁的操作,是悲观锁的实现

MVCC的出现就是大佬们不满意用悲观锁去解决读-写冲突问题,所以有两个方案:

  • MVCC + 悲观锁

    MVCC解决读写冲突,悲观锁解决写写冲突

  • MVCC + 乐观锁

    MVCC 解决读写冲突,乐观锁解决写写冲突

MVCC实现原理

  • 三个隐藏字段

DB_TRX_ID

6 字节,最近修改(修改/插入)事务 ID:记录创建这条记录/最后一次修改该记录的事务 ID

DB_ROLL_PTR

7 字节,回滚指针,指向这条记录的上一个版本(存储于 rollback segment 里)

DB_ROW_ID

6 字节,隐含的自增 ID(隐藏主键),如果数据表没有主键,InnoDB 会自动以DB_ROW_ID产生一个聚簇索引

  • 版本链 / undo log

因为undo log会记录事务前老版本数据,然后行记录中回滚指针会指向老版本位置,如此形成一条版本链。Read View 会一直遍历链表的DB_TRX_ID,直到找到满足特定条件的 DB_TRX_ID。那么这个DB_TRX_ID所在的旧记录就是当前事务能看见的最新”老版本

  • Read View

是事务开启时,当前所有活跃事务(还未提交的事务)的一个集合。或者说Read View 就是事务进行快照读操作的时候生产的读视图 (Read View),在该事务执行的快照读的那一刻,会生成数据库系统当前的一个快照,记录并维护系统当前活跃事务的 ID

三个Read View重要结构:

ReadView 生成时刻系统尚未分配的下一个事务 ID ,也就是 目前已出现过的事务 ID 的最大值 + 1

为什么是 low_limit ? 因为它也是系统此刻可分配的事务 ID 的最小值

MVCC实现的整体流程:

总结

  • 应对高并发事务, MVCC比单纯的加锁更高效
  • MVCC只在 读已提交可重复读 两个隔离级别下工作
  • 读已提交隔离级别下,会在每次快照读(查询)都生成一个Read View,可重复读只在事务开始时生成一个Read View,以后每次查询都用这个Read View,以此实现不同隔离级别。

参考:

【MySQL笔记】正确的理解MySQL的MVCC及实现原理_(推荐)

MySQL · 引擎特性 · InnoDB 事务系统 (taobao.org)

mvcc详解 - 简书 (jianshu.com)# MVCC

MVCC(Multi-Version Concurrency Control),即多版本并发控制。是 innodb 实现事务并发与回滚的重要功能。锁机制可以控制并发操作,但是其系统开销较大,而MVCC可以在大多数情况下代替行级锁,使用MVCC,能降低其系统开销.

具体实现是在数据库的每一行中,额外添加三个字段:

DB_TRX_ID : 记录插入或更新该行的最后一个事务的事务ID

DB_ROLL_PTR : 指向改行对应undolog 的指针

DB_ROW_ID : 单调递增的ID,他就是AUTO_INCREMENT的主键ID

快照读

像不加锁的select操作就是快照读,快照读的出现是基于提高并发性能的考虑,快照读的实现是基于多版本并发控制,即MVCC。可以认为 MVCC 是行锁的一个变种,在很多情况下,避免了加锁操作,降低了开销;既然是基于多版本,即快照读可能读到的并不一定是数据的最新版本,而有可能是之前的历史版本

当前读

读取的是当前的数据,不需要通过undo log回溯到事务开启前的状态。读取的是记录的最新版本,读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录,会对读取的记录进行加锁。

数据库并发场景有三种,分别为:

  • 读-读:不存在任何问题,也不需要并发控制
  • 读-写:有线程安全问题,可能会造成事务隔离性问题,可能遇到脏读,幻读,不可重复读
  • 写-写:有线程安全问题,可能会存在更新丢失问题,比如第一类更新丢失,第二类更新丢失

说白了 MVCC 就是为了实现读-写冲突不加锁,而这个读指的就是快照读, 而非当前读,当前读实际上是一种加锁的操作,是悲观锁的实现

MVCC的出现就是大佬们不满意用悲观锁去解决读-写冲突问题,所以有两个方案:

  • MVCC + 悲观锁

    MVCC解决读写冲突,悲观锁解决写写冲突

  • MVCC + 乐观锁

    MVCC 解决读写冲突,乐观锁解决写写冲突

MVCC实现原理

  • 三个隐藏字段

DB_TRX_ID

6 字节,最近修改(修改/插入)事务 ID:记录创建这条记录/最后一次修改该记录的事务 ID

DB_ROLL_PTR

7 字节,回滚指针,指向这条记录的上一个版本(存储于 rollback segment 里)

DB_ROW_ID

6 字节,隐含的自增 ID(隐藏主键),如果数据表没有主键,InnoDB 会自动以DB_ROW_ID产生一个聚簇索引

  • 版本链 / undo log

因为undo log会记录事务前老版本数据,然后行记录中回滚指针会指向老版本位置,如此形成一条版本链。Read View 会一直遍历链表的DB_TRX_ID,直到找到满足特定条件的 DB_TRX_ID。那么这个DB_TRX_ID所在的旧记录就是当前事务能看见的最新”老版本

  • Read View

是事务开启时,当前所有活跃事务(还未提交的事务)的一个集合。或者说Read View 就是事务进行快照读操作的时候生产的读视图 (Read View),在该事务执行的快照读的那一刻,会生成数据库系统当前的一个快照,记录并维护系统当前活跃事务的 ID

三个Read View重要结构:

ReadView 生成时刻系统尚未分配的下一个事务 ID ,也就是 目前已出现过的事务 ID 的最大值 + 1

为什么是 low_limit ? 因为它也是系统此刻可分配的事务 ID 的最小值

MVCC实现的整体流程:

总结

  • 应对高并发事务, MVCC比单纯的加锁更高效
  • MVCC只在 读已提交可重复读 两个隔离级别下工作
  • 读已提交隔离级别下,会在每次快照读(查询)都生成一个Read View,可重复读只在事务开始时生成一个Read View,以后每次查询都用这个Read View,以此实现不同隔离级别。

参考:

【MySQL笔记】正确的理解MySQL的MVCC及实现原理_(推荐)

MySQL · 引擎特性 · InnoDB 事务系统 (taobao.org)

mvcc详解 - 简书 (jianshu.com)

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