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MVCC——多版本并发控制

发布时间 2023-04-08 09:25:07作者: 李勇888

概念

Multi Version Concurrency Control, 用于数据库的并发访问控制

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, 实现读写冲突不加锁, 非阻塞并发读写

每一次的数据修改都会将历史记录保存在Undo log里, 读数据采用快照读的方式, 这样就不会有阻塞了

什么是当前读和快照读

当前读

共享锁、排他锁 都是保证其他事务不能并发修改当前记录, 所以读取的肯定是最新纪录

快照读

简单理解就是 不加锁的select、快照读的前提是基于多版本控制, 快照读读取的不一定是最新数据, 有可能是某个版本的数据

MVCC能解决什么问题

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

MVCC 带来的好处是？
多版本并发控制（MVCC）是一种用来解决读-写冲突的无锁并发控制，也就是为事务分配单向增长的时间戳，为每个修改保存一个版本，版本与事务时间戳关联，读操作只读该事务开始前的数据库的快照。 所以 MVCC 可以为数据库解决以下问题

  • 在并发读写数据库时，可以做到在读操作时不用阻塞写操作，写操作也不用阻塞读操作，提高了数据库并发读写的性能
  • 同时还可以解决脏读，幻读，不可重复读等事务隔离问题，但不能解决更新丢失问题

小结一下咯
简而言之，MVCC 就是因为大佬们，不满意只让数据库采用悲观锁这样性能不佳的形式去解决读-写冲突问题，而提出的解决方案，所以在数据库中，因为有了 MVCC，所以我们可以形成两个组合：

  • 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 的实现原理

为了解决**读写冲突，它的实现原理主要是依赖记录中的** 3个隐式字段，undo日志 ，Read View 来实现的

隐式字段

1、DB_TRX_ID

6 byte, 最近修改(修改和插入)的事务ID: 创建这条记录/修改这条记录的最后一次事务ID

2、DB*_ROLL_PTR*

7 byte, 回滚指针, 指向这条记录的上一个版本 (指向的是undo log)

3、DB_ROW_ID

6 byte, 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
实际还有一个删除 flag 隐藏字段, 既记录被更新或删除并不代表真的删除，而是删除 flag 变了

undo log

undo log 主要分为两种：

1、insert undo log
      代表事务在 insert 新记录时产生的 undo log, 只在事务回滚时需要，并且在事务提交后可以被立即丢弃
2、update undo log
      事务在进行 update 或 delete 时产生的 undo log ; 不仅在事务回滚时需要，在快照读时也需要；所以不能随便删除，只有在快速读或事务回滚不涉及该日志时，对应的日志才会被 purge线程统一清除

	purge
*   从前面的分析可以看出，为了实现 InnoDB 的 MVCC 机制，更新或者删除操作都只是设置一下老记录的 deleted\_bit ，并不真正将过时的记录删除。
*   为了节省磁盘空间，InnoDB 有专门的 purge 线程来清理 deleted\_bit 为 true 的记录。为了不影响 MVCC 的正常工作，purge 线程自己也维护了一个read view（这个 read view 相当于系统中最老活跃事务的 read view ）;如果某个记录的 deleted\_bit 为 true ，并且 DB\_TRX\_ID 相对于 purge 线程的 read view 可见，那么这条记录一定是可以被安全清除的。

Read View 读视图

说白了 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 (当每个事务开启时，都会被分配一个 ID , 这个 ID 是递增的，所以最新的事务，ID 值越大)

Read View 遵循一个可见性算法，主要是将 要被修改的数据 的最新记录中的 DB_TRX_ID（即当前事务 ID ）取出来，与系统当前其他活跃事务的 ID 去对比（由 Read View 维护），如果 DB_TRX_ID 跟 Read View 的属性做了某些比较，不符合可见性，那就通过 DB_ROLL_PTR 回滚指针去取出 Undo Log 中的 DB_TRX_ID 再比较，即遍历链表的 DB_TRX_ID（从链首到链尾，即从最近的一次修改查起），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

MVCC 相关问题

RC , RR 级别下的 InnoDB 快照读有什么不同？

RC: 读已提交 RR: 可重复读

正是** Read View** 生成时机的不同，从而造成 RC , RR 级别下快照读的结果的不同

  • 在 RR 级别下的某个事务的对某条记录的第一次快照读会创建一个快照及 Read View, 将当前系统活跃的其他事务记录起来，此后在调用快照读的时候，还是使用的是同一个 Read View，所以只要当前事务在其他事务提交更新之前使用过快照读，那么之后的快照读使用的都是同一个 Read View，所以对之后的修改不可见；
  • 即 RR 级别下，快照读生成 Read View 时，Read View 会记录此时所有其他活动事务的快照，这些事务的修改对于当前事务都是不可见的。而早于Read View创建的事务所做的修改均是可见
  • 而在 RC 级别下的，事务中，每次快照读都会新生成一个快照和 Read View , 这就是我们在 RC 级别下的事务中可以看到别的事务提交的更新的原因
  • 总之在 RC 隔离级别下，是每个快照读都会生成并获取最新的 Read View；而在 RR 隔离级别下，则是同一个事务中的第一个快照读才会创建 Read View, 之后的快照读获取的都是同一个 Read View。

参考资料:

https://blog.csdn.net/bbj12345678/article/details/120780051

【【MySql】理解Read View(事务 undolog MVCC)】 https://www.bilibili.com/video/BV1A24y187ss/?share_source=copy_web&vd_source=95687cb0a9238b1e583346db070aefae