MVCC(多版本并发控制)

发布时间 2023-06-10 15:37:51作者: 佛系粥米

1、什么是MVCC(解决读写冲突,写都是最新版本)

  MVCC的实现依赖于:隐藏字段、Undo log、Read View。

       MVCC多版本并发控制,顾名思义,MVCC是通过数据行的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的事务隔离几倍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的行,并且可以看到它们被更新前的值,这样做查询的时候就不用等待另一个事务释放锁。

2、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。

  快照读:又叫一致性读,读取的是快照数据。不加锁的简单的SELECT都属于快照读,即不加锁的非阻塞读。实现基于MVCC,避免加锁,降低开销。

  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),读取时还要保证其它并发事务不能修改当前记录,会对读取的记录加锁。

3、涉及内容

       (1)

  四个隔离级别:读未提交、读已提交(脏读)、可重复读(不可重复读)、串行化(幻读)。

  MySQL默认的隔离级别是可重复读。MVCC可以不采用锁机制,而是采用乐观锁解决不可重复读和幻读问题,降低系统的开销。

  (2)

  隐藏字段:    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。

  undo log版本链:加入插入一条记录的事务id为8,那么此刻该条记录的示意图如下:

          id:1  name:'张三'  class:'8班'  trx_id:8   roll_pointer:指向insert undo  

          insert undo只在事务回滚时起作用,当事务提交后,该类型的undo日志就没用了,它占用的undo log segment也会被系统回收,要么释放要么重用。 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(insert操作对应的undo日志没有该属性,因为该记录没有更早的版本),可以将这些undo日志都连起来,串成一个链表,版本链头节点就是当前记录的最新值:如

这是页面中的记录  id:1  name:'张三'  class:'8班'  trx_id:8   roll_pointer:指向下一条记录    最新值

这些是undo日志   id:1  name:'李四'  class:'8班'  trx_id:8   roll_pointer:指向下一条记录

          id:1  name:'赵钱'  class:'8班'  trx_id:8   roll_pointer:指向下一条记录

          id:1  name:'孙李'  class:'8班'  trx_id:8   roll_pointer

         

4、MVCC实现原理之ReadView

  ReadView:在MVCC机制中,多个事务对同一个记录进行更新会产生多个历史快照,这些历史快照保存在undo log里,如果一个事务想要查询这个行记录,需要获取哪个版本的的行记录呢?

  ReadView就是事务在使用MVCC机制进行快照读操作时产生的读视图。当事务启动时,会生成数据库系统当前的一个快照,InnoDB为每个事务构建了一个数组,用来记录并维护系统当前活跃事务的ID(活跃指的是启动了但还没提交)

  使用read committed 和 repeatable read隔离级别的事务,都必须保证读到已提交的事务修改过的记录。假如一个事务已经修改了记录但是未提交,是不能直接读取最新版本的记录的,核心问题就是需要判断一下版本链中哪个版本是当前事务可见的,这是ReadView主要解决的问题。

  事务id递增。

  ReadView中包含的四个关键字:

  (1)creator_trx_id:创建这个ReadView事务的ID。只有对表中的记录做改动时,才会为事务分配单独的id【id递增】,只读事务id默认为0

  (2)trx_ids:表示在生成ReadView时当前系统中活跃的读写事务的id列表

  (3)up_limit_id:活跃的事务中最小的事务ID

  (4)low_limit_id:表示生成ReadView时系统中应该分配给下一个事务的id值。low_limit_id是系统最大的事务id值,【不是正在活跃】

    如有id为1、2、3这三个事务,id为3事务提交后,新的读事务在生成ReadView时,trx_ids就包括1和2, up_limit_id为1, low_limit_id为4  

  ReadView规则:有了这个ReadView,只需要按照具体步骤判断记录的某个版本是否可见

  (1)如果被访问版本的trx_id属性值与ReadView中的creator_trx_id值相同,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。  

  (2)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前就已经提交了,所以该版本可以被当前事务访问

  (3)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

  (4)如果被访问版本的trx_id属性值在ReadView中的up_limit_id和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。  

      如果在,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,该版本可以访问。 

 

MVCC整体操作流程:

  1、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。

  如果undo log一直找到结尾也找不到符合规则的版本,就意味着该条记录对该事务完全不可见,查询结果就不包含该条记录。  

  InnoDB中,MVCC是通过undo log + readview进行数据读取,undo log保存了历史快照,而read view规则帮助我们判断当前版本的数据是否可见。

 

在隔离级别为读已提交时,一个事务中的每一次select查询都会获取一次read view。【可能产生不可重复读或者幻读】

在隔离级别为可重复读时,一个事务只在第一次select时会获取一次readview。后面所有的select都复用这个readview。

 

优点:读写之间阻塞问题:通过MVCC可以让读写互相不阻塞,即读不阻塞写,写不阻塞读。提升事务并发处理能力

      降低死锁概率:MVCC采用乐观锁方式,读数据时不需要加锁,对于写操作,也只锁定必要的行。

   解决快照读问题:当我们查询数据库某个时间点的快照时,只能看到这个时间点之前事务提交更新的结果,而不能看到这个时间点之后事务提交的更新结果