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MySQL学习笔记（3）InnoDB存储引擎对MVCC的实现

article 2025/3/7 7:32:56

本文参考https://javaguide.cn/database/mysql/innodb-implementation-of-mvcc.html

什么是MVCC

MVCC（Multi-Version Concurrecy Control) 多版本并发控制
MVCC 是一种并发控制机制，用于在多个并发事务同时读写数据库时保持数据的一致性和隔离性。它是通过在每个数据行上维护多个版本的数据来实现的。当一个事务要对数据库中的数据进行修改时，MVCC 会为该事务创建一个数据快照，而不是直接修改实际的数据行。

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读操作（SELECT）

当一个事务进行读取的操作时，并不会读取实际行上的数据，而是在事务开始的时刻为需要读取的数据创建一个快照，防止该事务读取其他事务中提交或修改的数据。

对于读取操作，事务会查找符合条件的数据行，并选择符合其事务开始时间的数据版本进行读取。
如果某个数据行有多个版本，事务会选择不晚于其开始时间的最新版本，确保事务只读取在它开始之前已经存在的数据。
事务读取的是快照数据，因此其他并发事务对数据行的修改不会影响当前事务的读取操作。

写操作（INSERT、UPDATE、DELETE）

当一个事务执行写操作时，它会生成一个新的数据版本，并将修改后的数据写入数据库。

对于写操作，事务会为要修改的数据行创建一个新的版本，并将修改后的数据写入新版本。
新版本的数据会带有当前事务的版本号，以便其他事务能够正确读取相应版本的数据。
原始版本的数据仍然存在，供其他事务使用快照读取，这保证了其他事务不受当前事务的写操作影响。

事务的回滚和提交

当一个事务提交时，该数据便成为了最新版数据，对其他事务可见。
当一个事务回滚时，他所作的修改被撤销，对其他事务不可见。

一致性锁定读（当前读）和非锁定读

在 InnoDB 存储引擎中，多版本控制 (multi versioning) 就是对非锁定读的实现。如果读取的行正在执行 DELETE 或 UPDATE 操作，这时读取操作不会去等待行上锁的释放。相反地，InnoDB 存储引擎会去读取行的一个快照数据，对于这种读取历史数据的方式，我们叫它快照读 (snapshot read)
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InnoDB 对 MVCC 的实现

InnoDB对于MVCC的实现依赖于三个部分

隐藏字段
undo log
Read View

隐藏字段

InnoDB会自动为每行的数据加上几个隐藏的字段

DB_TRX_ID（6字节）：表示最后一次插入或更新该行的事务 id。此外，delete 操作在内部被视为更新，只不过会在记录头 Record header 中的 deleted_flag 字段将其标记为已删除
DB_ROLL_PTR（7字节）回滚指针，指向该行的 undo log（上一版本的历史数据）。如果该行未被更新，则为空
DB_ROW_ID（6字节）：如果没有设置主键且该表没有唯一非空索引时，InnoDB 会使用该 id 来生成聚簇索引

undo log

undo log作用：

当事务回滚时用于将数据恢复到修改前的样子
另一个作用是 MVCC ，当读取记录时，若该记录被其他事务占用或当前版本对该事务不可见，则可以通过 undo log 读取之前的版本数据，以此实现非锁定读

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undo log版本链

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。
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Read View

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，包含了四个核心字段:

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活跃事务：生成Read View时未提交的事务

class ReadView {
  /* ... */
private:
  trx_id_t m_low_limit_id;      /* 大于等于这个 ID 的事务均不可见 */

  trx_id_t m_up_limit_id;       /* 小于这个 ID 的事务均可见 */

  trx_id_t m_creator_trx_id;    /* 创建该 Read View 的事务ID */

  trx_id_t m_low_limit_no;      /* 事务 Number, 小于该 Number 的 Undo Logs 均可以被 Purge */

  ids_t m_ids;                  /* 创建 Read View 时的活跃事务列表 */

  m_closed;                     /* 标记 Read View 是否 close */
}

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可见性算法

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trx_id: 数据行中的隐藏字段其一(注意要和creator_trx_id区分)

在READ COMMIT于REPEATABLE READ隔离级别下的区别

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。

MVCC + Next-Key Lock 防止幻读

执行普通 select，此时会以 MVCC 快照读的方式读取数据在快照读的情况下，RR 隔离级别只会在事务开启后的第一次查询生成 Read View ，并使用至事务提交。所以在生成 Read View 之后其它事务所做的更新、插入记录版本对当前事务并不可见，实现了可重复读和防止快照读下的 “幻读”.
执行 select…for update/lock in share mode、insert、update、delete 等当前读在当前读下，读取的都是最新的数据，如果其它事务有插入新的记录，并且刚好在当前事务查询范围内，就会产生幻读！InnoDB 使用 Next-key Lock 来防止这种情况。当执行当前读时，会锁定读取到的记录的同时，锁定它们的间隙，防止其它事务在查询范围内插入数据。只要我不让你插入，就不会发生幻读.

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