mvcc多版本并发控制的理解

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mysql数据库如何保证并发问题呢?

首先我们介绍下什么是当前读和快照读。

当前读: 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。对于我们日常的操作,如:select ... lock in share mode(共享锁),select ...for updateupdateinsertdelete(排他锁)都是一种当前读。

快照读:简单的select(不加锁)就是快照读,快照读,读取的是记录数据的可见版本,有可能是历史数据,不加锁,是非阻塞读。(根据不同的隔离级别,生成快照读的时间不同)

  • Read Committed:每次select,都生成一个快照读。
  • Repeatable Read:开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。
  • Serializable:快照读会退化为当前读。 全称 Multi-Version Concurrency Control,多版本并发控制。指维护一个数据的多个版本,使得读写操作没有冲突,快照读为MySQL实现MVCC提供了一个非阻塞读功能。MVCC的具体实现,还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、undo log日志、readView。

我们再来介绍一下InnoDB引擎的表中涉及到的隐藏字段(Row_id、DB_TRX_ID 、DB_ROLL_PTR) 、undolog 以及 readview,从而来介绍一下MVCC的原理

DB_TRX_ID最近修改事务ID,记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID。
DB_ROLL_PTR回滚指针,指向这条记录的上一个版本,用于配合undo log,指向上一个版本。
DB_ROW_ID隐藏主键,如果表结构没有指定主键,将会生成该隐藏字段。

DB_ROW_ID,得看当前表有没有主键,如果有主键,则不会添加该隐藏字段

查看表信息的命令: ibd2sdi stu.ibd

undolog

介绍

回滚日志,在insert、update、delete的时候产生的便于数据回滚的日志。

当insert的时候,产生的undo log日志只在回滚时需要,在事务提交后,可被立即删除。

而update、delete的时候,产生的undo log日志不仅在回滚时需要,在快照读时也需要,不会立即被删除。

版本链

有一张表原始数据为:

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DB_TRX_ID : 代表最近修改事务ID,记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID,是自增的。

DB_ROLL_PTR: 由于这条数据是才插入的,没有被更新过,所以该字段值为null。

A. 第一步

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当事务2执行第一条修改语句时,会记录undo log日志,记录数据变更之前的样子; 然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID,回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

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B.第二步

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当事务3执行第一条修改语句时,也会记录undo log日志,记录数据变更之前的样子; 然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID,回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

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C. 第三步

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当事务4执行第一条修改语句时,也会记录undo log日志,记录数据变更之前的样子; 然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID,回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

image 最终我们发现,不同事务或相同事务对同一条记录进行修改,会导致该记录的undolog生成一条记录版本链表,链表的头部是最新的旧记录,链表尾部是最早的旧记录。

readview

ReadView(读视图)是 快照读 SQL执行时MVCC提取数据的依据,记录并维护系统当前活跃的事务(未提交的)id。

ReadView中包含了四个核心字段:

字段含义
m_ids当前活跃的事务ID集合
min_trx_id最小活跃事务ID
max_trx_id预分配事务ID,当前最大事务ID+1(因为事务ID是自增的)
creator_trx_idReadView创建者的事务ID

而在readview中就规定了版本链数据的访问规则:

trx_id 代表当前undolog版本链对应事务ID。

条件是否可以访问说明
trx_id == creator_trx_id可以访问该版本成立,说明数据是当前这个事务更改的。
trx_id < min_trx_id可以访问该版本成立,说明数据已经提交了。
trx_id > max_trx_id不可以访问该版本成立,说明该事务是在ReadView生成后才开启。
min_trx_id <= trx_id <= max_trx_id如果trx_id不在m_ids中,是可以访问该版本的成立,说明数据已经提交。

不同的隔离级别,生成ReadView的时机不同:

  • READ COMMITTED :在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。
  • REPEATABLE READ:仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView,后续复用该ReadView。

原理分析

RC隔离级别

RC隔离级别下,在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。

我们就来分析事务5中,两次快照读读取数据,是如何获取数据的?

在事务5中,查询了两次id为30的记录,由于隔离级别为Read Committed,所以每一次进行快照读都会生成一个ReadView,那么两次生成的ReadView如下。

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那么这两次快照读在获取数据时,就需要根据所生成的ReadView以及ReadView的版本链访问规则,到undolog版本链中匹配数据,最终决定此次快照读返回的数据。

A. 先来看第一次快照读具体的读取过程:

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在进行匹配时,会从undo log的版本链,从上到下进行挨个匹配:

  • 先匹配

    image

    这条记录,这条记录对应的trx_id为4,也就是将4带入右侧的匹配规则中。 ①不满足 ②不满足 ③不满足 ④也不满足 ,都不满足,则继续匹配undo log版本链的下一条。

  • 再匹配第二条

    image

    ,这条记录对应的trx_id为3,也就是将3带入右侧的匹配规则中。①不满足 ②不满足 ③不满足 ④也不满足 ,都不满足,则继续匹配undo log版本链的下一条。

  • 再匹配第三条

    image

    ,这条记录对应的trx_id为2,也就是将2带入右侧的匹配规则中。①不满足 ②满足 终止匹配,此次快照读,返回的数据就是版本链中记录的这条数据。

B. 再来看第二次快照读具体的读取过程:

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在进行匹配时,会从undo log的版本链,从上到下进行挨个匹配:

  • 先匹配

    image

    这条记录,这条记录对应的trx_id为4,也就是将4带入右侧的匹配规则中。 ①不满足 ②不满足 ③不满足 ④也不满足 ,都不满足,则继续匹配undo log版本链的下一条。

  • 再匹配第二条

    image

    ,这条记录对应的trx_id为3,也就是将3带入右侧的匹配规则中。①不满足 ②满足 。终止匹配,此次快照读,返回的数据就是版本链中记录的这条数据。

RR隔离级别

RR隔离级别下,仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView,后续复用该ReadView。 而RR 是可重复读,在一个事务中,执行两次相同的select语句,查询到的结果是一样的。

那MySQL是如何做到可重复读的呢? 我们简单分析一下就知道了

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我们看到,在RR隔离级别下,只是在事务中第一次快照读时生成ReadView,后续都是复用该ReadView,那么既然ReadView都一样, ReadView的版本链匹配规则也一样, 那么最终快照读返回的结果也是一样的。

所以呢,MVCC的实现原理就是通过 InnoDB表的隐藏字段、UndoLog 版本链、ReadView来实现的。而MVCC + 锁,则实现了事务的隔离性。 而一致性则是由redolog 与 undolog保证。

借鉴文章:MySQL-简介 | xustudyxu's Blog (frxcat.fun)