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详解MVCC

2019/05/07 MySQL

MVCC概念介绍

MVCC(Multi-version Concurrent Control)：多版本并发控制。基于保存多个数据版本实现的并发控制，当需要更新数据时，实现了MVCC的系统不会立即用新数据覆盖原始数据，而是创建该条记录的一个新版本。

最早的数据库系统，只有读-读之间可以并发，引入多版本控制之后，读-读、读-写、写-读都可以并行，即读无需加锁、读写不冲突(InnoDB中RR隔离级别下，普通SELECT不加共享锁)，极大增加了系统的并发性。

在InnoDB中，MVCC只在：

  • READ COMMITTED
  • REPEATABLE READ 两个隔离级别下工作，因为READ UNCOMMITTED总是读取最新数据行，而SERIALIZABLE会对所有读取的行都加锁。

MVCC实现原理

行记录存储格式

InnoDB行记录为了支持MVCC，除了基本的数据信息，还有三个额外字段：

  • DB_ROW_ID：InnoDB自动生成的自增主键id。当用户没有显示指定主键、且无非null唯一索引时，InnoDB的聚簇索引会使用DB_ROW_ID作为主键。
  • DB_TRX_ID：最近更新此行记录的事务id，数据库每开启一个新事务，事务ID自动加一。
  • DATA_ROLL_PTR：指向Undo Log中当前行旧版数据的指针。支持事务回滚。刚Insert的记录没有旧版本，该值为NULL。

Undo Log

Undo Log用来实现事务回滚和MVCC，原理很简单，进行数据修改之前，首先将当前数据保存到Undo Log中。

Undo Log是逻辑日志，当执行DELETE操作时，Undo Log中记录一条对应的INSERT。当执行UPDATE操作时，Undo Log记录一条相反的UPDATE。

当执行RollBack时，或MVCC需要读取旧版本数据时，就可以从Undo Log中的逻辑记录进行数据恢复。

多个Undo Log数据之间通过链表的方式关联，每个Log中存储上一个版本Log的地址。

行更新过程举例

  1. 初始数据行

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  1. 事务Transaction1更新数据

此时Undo Log记录旧版本的数据值，且由于是第一个版本，DB_TRX_ID和DB_ROLL_PT为NULL。

用排他锁锁定该行。
记录redo log。
把该行修改前的值Copy到undo log。
修改当前行的值，填写事务编号，使回滚指针指向undo log中的修改前的行。

image

  1. 事务Transaction2更新数据

image

事务链表

事务在开始到提交的过程中，会被保存到trx_sys->trx_list事务链表，事务一旦被提交，将从事务链表中移除。

Read View

Read View可以认为是一个当前活跃事务的快照，在当前事务SQL开始时，会创建一个Read View，用来判定当前SQL执行时，所有活跃事务哪些改变对当前事务可见、哪些改变对当前事务不可见。

版本可见性算法

基于行记录、Read View，在SQL开始时能够得到所有活跃事务对当前SQL的可见性。

记录对当前SQL的可见性算法：

假设当前行的事务id为 trx_id_current。

假设Read View中最早的事务id为 trx_id_early，Read View中最新的事务id为trx_id_late。
即当前事务中当前SQL开始时，活跃的事务id介于trx_id_early和trx_id_late之间。Read View中不包括当前事务。

1. 如果 trx_id_current < trx_id_early，即当前行的事务已经结束并提交，该行最新记录对当前SQL可见。跳转步骤5。

2. 如果 trx_id_current > trx_id_late，即该行记录最新的更新是在当前事务之后开启的，该行最新记录对当前SQL不可见。跳转步骤4。

3. 如果 trx_id_early < trx_id_current < trx_id_late，即该行记录更新事务在当前SQL执行时处于活跃状态，未提交，该行最新记录对当前SQL不可见。跳转步骤4。

4. 如果不可见，从该行记录的DB_ROLL_PTR指针指向的Undo Log中取出旧数据和旧trx_id，重新进行算法比较，跳转步骤1。

5. 如果可见，则将该值返回。

不同隔离级别的区别

  1. READ UNCOMMITTED

    该级别下永远读取最新行，无需MVCC。

  2. READ COMMITTED

    该级别下，每次执行SQL，需要能够读取其他事务COMMIT后的最新值。

    因此，每个SQL语句执行时都会创建一个新的READ VIEW。

  3. REPEATABLE READ

    该级别下，事务未提交时只能读取到旧值。

    因此，只在第一个SQL执行时创建READ VIEW，此后不再更新。

  4. SERIALIZABLE

    每次只能有一个事务正在运行，无需MVCC。

REFS

  • https://segmentfault.com/a/1190000012650596
  • https://sadwxqezc.github.io/HuangHuanBlog/mysql/2018/05/01/MVCC.html
  • http://mysql.taobao.org/monthly/2018/11/04/
  • https://www.imooc.com/article/17290
本文地址：https://cheng-dp.github.io/2019/05/07/mysql-mvcc/

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