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01_MVCC（多版本并发机制）

article 2024/10/20 19:45:30

MVCC（多版本并发机制）

文章目录

- MVCC（多版本并发机制）
- - - 简介
    - 工作原理
    - - 主要组件
    - 事务隔离级别与 MVCC
    - 实现方式
    - - 快照读（Snapshot Read）
      - 当前读（Current Read）
      - 版本链管理
    - MVCC 的优缺点
    - - 优点
      - 缺点
    - 示例
    - 总结
    - 延伸

简介

MySQL 中的 MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制）是一种用于实现高并发、低冲突数据访问的技术。它通过维护数据的多个版本来实现读写操作的并发控制，它允许多个事务同时对同一数据进行读取和修改，而不会互相干扰，从而实现了非阻塞的读操作，降低了写操作的冲突。MVCC 在 InnoDB 存储引擎中得到了实现，是实现 ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）属性中隔离性的关键。

在并发场景下，可能出现三种情况：读-读并发，读-写并发，写-写并发。在没有写的情况下 读-读并发 是不会出现问题的，而 写-写并发 这种情况比较常用的就是通过加锁的方式实现。那么，读-写并发 则可以通过 MVCC 的机制解决。

工作原理

MVCC 的基本思想是通过存储每行数据的多个版本，实现并发控制，允许读操作和写操作并发执行，避免大部分加锁操作。

主要组件

隐藏列：
- trx_id：每行记录的创建或最后一次修改该行数据的事务ID。
- roll_pointer：指向该行数据的上一个版本的指针，用于形成版本链。
回滚日志（Undo Log）：
- 每次事务修改数据时，旧版本数据会被保存在回滚日志中，形成一个版本链。
- 用于事务回滚和快照读时的数据读取。
读视图（Read View）：
- 事务启动时生成的快照视图，用于确定在事务期间可见的数据版本。
- 确保在可重复读隔离级别下读取到一致性数据。

事务隔离级别与 MVCC

不同的事务隔离级别对 MVCC 的行为有不同的要求：

读未提交（Read Uncommitted）：
- 不使用 MVCC，读取未提交的数据，可能会出现脏读。
读已提交（Read Committed）：
- 每次读取最新提交的数据版本（即一个事务中的每一次 SELECT 都会重新获取一次 ReadView），不使用快照视图，可能会出现不可重复读。
可重复读（Repeatable Read）：
- 使用 MVCC，事务在启动时创建一致性视图，读取该视图的快照数据（即一个事务中只有第一次 SELECT 会读取 ReadView），避免不可重复读和幻读问题。
串行化（Serializable）：
- 强制事务串行执行，通过加锁实现，不使用 MVCC。

实现方式

快照读（Snapshot Read）

快照读是指读取一致性视图中的数据，不加锁。具体流程如下：

事务启动：在事务启动时，InnoDB 创建一个一致性视图（Read View），记录当前系统中活跃事务的 ID。
读取数据：读取数据时，根据隐藏列 trx_id 和 roll_pointer 形成的版本链，查找符合当前一致性视图的数据版本。
返回结果：返回符合一致性视图的数据版本，确保读取的是事务启动时的快照数据。

-- 事务1：启动事务
START TRANSACTION;
-- 快照读，读取一致性视图中的数据
SELECT * FROM example WHERE id = 1;

当前读（Current Read）

当前读是指读取最新的数据版本并加锁，确保数据的一致性。具体操作包括：

SELECT … FOR UPDATE：读取数据并加排他锁，阻止其他事务的读写操作。
SELECT … LOCK IN SHARE MODE：读取数据并加共享锁，允许其他事务的读操作，但阻止写操作。
INSERT、UPDATE、DELETE：对数据进行修改，必须读取最新版本的数据并加锁。

-- 事务1：启动事务
START TRANSACTION;
-- 当前读，加排他锁
SELECT * FROM example WHERE id = 1 FOR UPDATE;

可以说，快照读是 MVCC 实现的基础，而当前读是悲观锁实现的基础。

版本链管理

每次数据修改操作时，InnoDB 会创建一个新版本的记录，并通过 roll_pointer 指向旧版本，形成版本链。

-- 事务2：启动事务并更新数据
START TRANSACTION;
UPDATE example SET value = 'B' WHERE id = 1;
COMMIT;

在上述操作中，InnoDB 会将旧版本的 value = 'A' 存储在回滚日志中，新版本的 value = 'B' 记录当前事务ID，并指向旧版本。

MVCC 的优缺点

优点

高并发性能：读操作无需加锁，减少锁争用，提高系统并发性能。
数据一致性：通过一致性视图，实现可重复读和读已提交隔离级别下的数据一致性，避免脏读和不可重复读问题。

缺点

存储开销：维护多个版本的数据和回滚日志，增加存储需求。
数据清理：需要定期清理无用的旧版本数据，增加系统维护复杂性。

示例

以下示例展示了 MVCC 在可重复读隔离级别下的工作方式：

-- 创建表并插入数据
CREATE TABLE example (
    id INT PRIMARY KEY,
    value VARCHAR(50)
);

INSERT INTO example (id, value) VALUES (1, 'A');

-- 事务1：启动事务并读取数据
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
START TRANSACTION;
SELECT * FROM example WHERE id = 1; -- 读取数据，创建一致性视图

-- 事务2：启动事务并更新数据
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
START TRANSACTION;
UPDATE example SET value = 'B' WHERE id = 1;
COMMIT;

-- 事务1：再次读取数据
SELECT * FROM example WHERE id = 1; -- 仍然读取旧版本数据 'A'
COMMIT;