MySQL-多版本并发控制MVCC

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一、快照读与当前读

1.1 快照读

1.1 当前读

二、隐藏字段与Undo Log版本链

三、ReadView

3.1 概念

3.2 结构

3.3 规则 

四、MVCC流程

五、举例


        MVCC (Multiversion Concurrency Control),多版本并发控制。顾名思义,MVCC 是通过数据行多个版本管理来实现数据库的并发控制 。这项技术使得在InnoDB事务隔离级别下执行 一致性读操作有了保证。换言之,就是为了查询一些正在被另一个事务更新,并且可以看到它们被更新之前的值,这样在做查询的时候就不用等待另一个事务释放锁。MVCC的实现依赖于隐藏字段、Undo Log、Read View。        

一、快照读与当前读

        MVCC在MySQL InnoDB中的实现主要是为了提高数据库并发性能,用更好的方式去处理 读-写冲突 ,做到即使有读写冲突时,也能做到不加锁 非阻塞并发读 ,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。而MVCC本质是采用乐观锁思想的一种方式。

1.1 快照读

        快照读又叫一致性读,读取的是快照数据(历史数据)不加锁的简单 SELECT 都属于快照读,即不加锁的非阻塞读之所以出现快照读的情况,是基于提高并发性能的考虑,快照读的实现是基于MVCC,它在很多情况下, 避免了加锁操作,降低了开销。

        既然是基于多版本,那么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

SELECT * FROM player WHERE ...

1.1 当前读

        当前读读取的是记录的最新版本(最新数据,而不是历史版本的数据),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加锁SELECT,或者对数据进行增删改都会进行当前读

SELECT * FROM student LOCK IN SHARE MODE; # 共享锁
SELECT * FROM student FOR UPDATE; # 排他锁
INSERT INTO student values ... # 排他锁
DELETE FROM student WHERE ... # 排他锁
UPDATE student SET ... # 排他锁

二、隐藏字段与Undo Log版本链

        对于使用 InnoDB 存储引擎的表来说,它的聚簇索引记录中都包含两个必要的隐藏列

        trx_id :每次一个事务对某条聚簇索引记录进行改动时,都会把该事务的 事务id 赋值给 trx_id 隐藏列。

        roll_pointer :每次对某条聚簇索引记录进行改动时,都会把旧的版本写入到 undo日志中,然后这个隐藏列就相当于一个指针,可以通过它来找到该记录修改前的信息

        假如现在通过id为8的事务T1插入一条名字为“张三”的数据。

         之后两个事务id分别为 10 、 20 的事务T2、T3对这条记录进行 UPDATE 操作,

        每次对记录进行改动,都会记录一条undo日志,每条undo日志也都有一个 roll_pointer 属性,可以将这些 undo日志 都连起来,串成一个链表

        随着更新次数的增多,所有的版本都会被 roll_pointer 属性连接成一个链表,我们把这个链表称之为 版本链 ,版本链的头节点就是当前记录最新的值。 每个版本中还包含生成该版本时对应的 事务id

三、ReadView

3.1 概念

        ReadView就是用来确定读取数据历史记录中的哪一条的,是一个事务在使用MVCC机制进行快照读操作时产生的读视图

        使用 READ COMMITTED REPEATABLE READ 隔离级别事务,都必须保证读到 已经提交了的事务修改过记录。假如另一个事务已经修改了记录但是尚未提交,是不能直接读取最新版本记录,核心问题就是需要判断一下版本链中的哪个版本是当前事务可见的,这是ReadView要解决的主要问题。

3.2 结构

        ReadView中主要包含4个比较重要的内容,分别如下:

1. creator_trx_id 创建这个 Read View 的事务 ID

2. trx_ids ,表示在生成ReadView时当前系统中活跃的读写事务的事务id列表

3. up_limit_id 活跃的事务最小事务 ID

4. low_limit_id ,表示生成ReadView时系统应该分配给下一个事务id 值。low_limit_id 是系统最大的事务id值,这里要注意是系统中的事务id,需要区别于正在活跃的事务ID。事务id是递增分配的。

         举例来说,trx_ids为trx2、trx3、trx5、trx8的集合,系统的最大事务ID(low_limit_id)trx8+1活跃的最小事务ID(up_limit_id)为trx2.

3.3 规则 

        有了ReadView,这样在访问某条记录时,只需要按照下边的步骤判断记录的某个版本是否可见。

        如果被访问版本的trx_id属性值与ReadView中的 creator_trx_id 相同,意味着当前事务在访问 它自己修改过的记录,所以该版本可以被当前事务访问

        如果被访问版本的trx_id属性值小于ReadView中的 up_limit_id 值,表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView前已经提交,所以该版本可以被当前事务访问

        如果被访问版本的trx_id属性值大于或等于ReadView中的 low_limit_id 值,表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView后才开启,所以该版本不可以被当前事务访问

        如果被访问版本的trx_id属性值在ReadView的 up_limit_id low_limit_id 之间,那就需要判断一下trx_id属性值是不是在 trx_ids 列表中。

                如果,说明创建ReadView时生成该版本的事务还是活跃的,该版本不可以被访问。                 如果不在,说明创建ReadView时生成该版本的事务已经被提交,该版本可以被访问

四、MVCC流程

        当查询一条记录的时候:

        1. 首先获取事务自己的版本号,也就是事务 ID

        2. 获取 ReadView;         

        3. 查询得到的数据,然后与 ReadView 中的事务版本号进行比较

        4. 如果不符合 ReadView 规则,就需要从 Undo Log 中获取历史快照

        5. 最后返回符合规则的数据。

        注:

        在隔离级别读已提交(Read Committed)时,一个事务中的每一次 SELECT 查询都会重新获取一次 Read View。在隔离级别可重复读时,一个事务只获取一次Read View。

五、举例

        假如是读已提交的隔离级别。

        现在有两个 事务id 分别为 10 、 20 的事务在执行:

# Transaction 10
BEGIN;
UPDATE student SET name="李四" WHERE id=1;
UPDATE student SET name="王五" WHERE id=1;
# Transaction 20
BEGIN;
# 更新了一些别的表的记录
...

        此刻,表student 中 id 为 1 的记录得到的版本链表如下所示:

         假设现在有一个使用 READ COMMITTED 隔离级别的事务开始执行:

# 使用READ COMMITTED隔离级别的事务
BEGIN;
# SELECT1:Transaction 10、20均未提交
SELECT * FROM student WHERE id = 1; # 得到的列name的值为'张三'

 

       现在产生了一个ReadView,

        1. creator_trx_id :0

        2. trx_ids :[10,20]

        3. up_limit_id :10

        4. low_limit_id :21

        从上往下看,

                ‘王五’的事务id为10,在事务列表内,不符合规则;

                ‘李四’的事务id也为10,不符合规则;

                ‘张三’的事务id为8,小于up_limit_id,符合规则,返回此版本的记录。

        之后,我们把 事务id 为 10 的事务提交一下,然后再到 事务id 为 20 的事务中更新一下表 student 中 id 为 1 的记录: 

UPDATE student SET name="钱七" WHERE id=1;
UPDATE student SET name="宋八" WHERE id=1;

        此刻,表student中 id 为 1 的记录的版本链就长这样:

        再到刚才使用 READ COMMITTED 隔离级别的事务中继续查找这个 id 为 1 的记录:

# 使用READ COMMITTED隔离级别的事务
BEGIN;

# SELECT2:Transaction 10提交,Transaction 20未提交
SELECT * FROM student WHERE id = 1; # 得到的列name的值为'王五'

 

       现在产生了一个ReadView,

        1. creator_trx_id :0

        2. trx_ids :[20]

        3. up_limit_id :20

        4. low_limit_id :21

        从上往下看,

                ’宋八‘的事务id为20,在活跃事务列表内,不符合规则;

                ’钱七‘的事务id也为20,在活跃事务列表内,不符合规则;

                ‘王五’的事务id为10,小于up_limit_id,符合规则,返回此版本的记录;