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Read View在MVCC是如何工作的？

article 2025/1/8 2:58:22

多版本并发控制（MVCC, Multi-Version Concurrency Control） 是一种数据库技术，用于在高并发环境下提高读取操作的性能，同时确保数据的一致性。MVCC 通过为每个事务提供一个一致的快照视图（即 Read View），使得读取操作不会被写入操作阻塞，从而减少了锁的竞争。Read View 是 MVCC 的核心概念之一，它决定了事务在执行时能够看到哪些版本的数据。

1. MVCC 的基本原理

在 MVCC 中，数据库为每一行数据维护多个版本（称为 行版本 或 数据版本）。每个版本都与一个特定的事务相关联，并且包含以下信息：

创建该版本的事务 ID：表示哪个事务创建了这个版本。
删除该版本的事务 ID：表示哪个事务删除了这个版本（如果有的话）。

当一个事务读取某一行数据时，它会根据自己的 Read View 来决定应该读取哪个版本的数据。Read View 包含了事务开始时的某些元数据，这些元数据帮助事务判断哪些版本是可见的，哪些版本是不可见的。

2. Read View 的定义

Read View 是一个事务在开始时创建的快照视图，它记录了以下信息：

创建 Read View 时的活跃事务列表：这是在 Read View 创建时，所有尚未提交的事务的列表。这些事务可能正在修改数据，因此它们的修改对当前事务是不可见的。
最小和最大事务 ID：Read View 记录了在创建时的最小和最大事务 ID。这有助于快速判断某个事务是否在 Read View 创建之前或之后开始。
创建 Read View 的事务 ID：这是创建 Read View 的事务本身的 ID。当前事务不能看到自己未提交的修改。

3. 如何确定数据版本的可见性

当一个事务读取某一行数据时，它会根据 Read View 来判断该行的各个版本是否对其可见。具体来说，事务会检查以下几个条件：

3.1. 版本的创建事务 ID 小于 `Read View` 的最小事务 ID

如果某个版本的创建事务 ID 小于 Read View 的最小事务 ID，那么这个版本是在 Read View 创建之前创建的，因此它是可见的。

3.2. 版本的创建事务 ID 在 `Read View` 的最小和最大事务 ID 之间，但不在活跃事务列表中

如果某个版本的创建事务 ID 在 Read View 的最小和最大事务 ID 之间，但创建该版本的事务不在 Read View 的活跃事务列表中，那么这个版本是可见的。这意味着创建该版本的事务已经提交，因此它的修改是可见的。

3.3. 版本的创建事务 ID 大于 `Read View` 的最大事务 ID

如果某个版本的创建事务 ID 大于 Read View 的最大事务 ID，那么这个版本是在 Read View 创建之后创建的，因此它是不可见的。

3.4. 版本的删除事务 ID 小于 `Read View` 的最小事务 ID

如果某个版本的删除事务 ID 小于 Read View 的最小事务 ID，那么这个版本是在 Read View 创建之前被删除的，因此它是不可见的。

3.5. 版本的删除事务 ID 在 `Read View` 的最小和最大事务 ID 之间，但不在活跃事务列表中

如果某个版本的删除事务 ID 在 Read View 的最小和最大事务 ID 之间，但删除该版本的事务不在 Read View 的活跃事务列表中，那么这个版本是不可见的。这意味着删除该版本的事务已经提交，因此它的删除是有效的。

3.6. 版本的删除事务 ID 大于 `Read View` 的最大事务 ID

如果某个版本的删除事务 ID 大于 Read View 的最大事务 ID，那么这个版本是在 Read View 创建之后被删除的，因此它是可见的。

4. Read View 的创建时机

Read View 的创建时机取决于数据库的隔离级别和实现方式。以下是几种常见的隔离级别及其对应的 Read View 创建时机：

4.1. `READ COMMITTED` 隔离级别

在 READ COMMITTED 隔离级别下，每次读取操作都会创建一个新的 Read View。这意味着每次读取操作只能看到在读取操作开始之前已经提交的事务所做的修改。这种隔离级别允许不可重复读，因为同一事务中的多次读取可能会看到不同的结果。

4.2. `REPEATABLE READ` 隔离级别

在 REPEATABLE READ 隔离级别下，事务在第一次读取操作时创建 Read View，并且在整个事务的生命周期内使用同一个 Read View。这意味着事务内的所有读取操作都将看到相同的数据版本，即使其他事务在这期间提交了修改。这种隔离级别防止了不可重复读，但仍然允许幻读（即同一查询范围内的数据集可能会发生变化）。

4.3. `SERIALIZABLE` 隔离级别

在 SERIALIZABLE 隔离级别下，除了使用 Read View 来防止脏读和不可重复读之外，还会对查询范围进行锁定，以防止幻读。这意味着事务不仅可以看到一致的数据版本，还可以确保查询范围内的数据不会被其他事务插入或删除。这种隔离级别提供了最高的数据一致性，但也可能导致更多的锁竞争和性能开销。

5. Read View 的工作流程示例

为了更好地理解 Read View 的工作流程，我们可以通过一个具体的例子来说明。

假设有一个表 employees，包含以下数据：

id	name	department	created_by	deleted_by
1	Alice	HR	10	NULL
2	Bob	Finance	20	NULL
3	Charlie	IT	30	40

现在有三个事务：

事务 A：ID 为 10，插入了一条记录 id = 1。
事务 B：ID 为 20，插入了一条记录 id = 2。
事务 C：ID 为 30，插入了一条记录 id = 3，并在稍后将其删除（deleted_by = 40）。
事务 D：ID 为 50，开始读取数据。

5.1. 事务 D 的 `Read View`

事务 D 在开始时创建了一个 Read View，假设此时活跃的事务列表为空（即没有其他未提交的事务）。Read View 的内容如下：

最小事务 ID：10（事务 A 的 ID）
最大事务 ID：30（事务 C 的 ID）
活跃事务列表：空

5.2. 事务 D 读取数据

事务 D 读取 employees 表中的数据时，它会根据 Read View 来判断每个版本的可见性：

id = 1：
- 创建事务 ID：10
- 删除事务 ID：NULL
- 可见性：创建事务 ID 10 小于 Read View 的最大事务 ID 30，且不在活跃事务列表中，因此该版本是可见的。
id = 2：
- 创建事务 ID：20
- 删除事务 ID：NULL
- 可见性：创建事务 ID 20 小于 Read View 的最大事务 ID 30，且不在活跃事务列表中，因此该版本是可见的。
id = 3：
- 创建事务 ID：30
- 删除事务 ID：40
- 可见性：创建事务 ID 30 等于 Read View 的最大事务 ID 30，且不在活跃事务列表中，因此该版本是可见的。然而，删除事务 ID 40 大于 Read View 的最大事务 ID 30，因此该版本仍然是可见的。