MVCC: 采用乐观锁思想的一种方式, 通过乐观锁的方式来解决不可重复读和幻读问题

MVCC 是什么，解决了什么问题

MVCC 的英文全称是 Multiversion Concurrency Control，中文翻译过来就是多版本并发控制技术。从名字中也能看出来，MVCC 是通过数据行的多个版本管理来实现数据库的并发控制，简单来说它的思想就是保存数据的历史版本。这样我们就可以通过比较版本号决定数据是否显示出来（具体的规则后面会介绍到），读取数据的时候不需要加锁也可以保证事务的隔离效果。

通过 MVCC 我们可以解决以下几个问题:

  • 读写之间阻塞的问题，通过 MVCC 可以让读写互相不阻塞，即读不阻塞写，写不阻塞读，这样就可以提升事务并发处理能力。
  • 降低了死锁的概率。这是因为 MVCC 采用了乐观锁的方式，读取数据时并不需要加锁，对于写操作，也只锁定必要的行。
  • 解决一致性读的问题。一致性读也被称为快照读，当我们查询数据库在某个时间点的快照时，只能看到这个时间点之前事务提交更新的结果，而不能看到这个时间点之后事务提交的更新结果。

什么是快照读，什么是当前读

那么什么是快照读呢？快照读读取的是快照数据。不加锁的简单的 SELECT 都属于快照读，比如这样：

  1. SELECT * FROM player WHERE ...

当前读就是读取最新数据，而不是历史版本的数据。加锁的 SELECT，或者对数据进行增删改都会进行当前读，比如：

  1. # 读锁
  2. SELECT * FROM player LOCK IN SHARE MODE;
  3. # 写锁
  4. SELECT * FROM player FOR UPDATE;
  5. # 增
  6. INSERT INTO player values ...
  7. # 删
  8. DELETE FROM player WHERE ...
  9. # 改
  10. UPDATE player SET ...

InnoDB 中的 MVCC 是如何实现的？

MVCC 没有正式的标准，所以在不同的 DBMS 中，MVCC 的实现方式可能是不同的

事务版本号

每开启一个事务，我们都会从数据库中获得一个事务 ID（也就是事务版本号），这个事务 ID 是自增长的，通过 ID 大小，我们就可以判断事务的时间顺序。

行记录的隐藏列

  • db_row_id：隐藏的行 ID，用来生成默认聚集索引。如果我们创建数据表的时候没有指定聚集索引，这时 InnoDB 就会用这个隐藏 ID 来创建聚集索引。采用聚集索引的方式可以提升数据的查找效率。
  • db_trx_id：操作这个数据的事务 ID，也就是最后一个对该数据进行插入或更新的事务 ID。
  • db_roll_ptr：回滚指针，也就是指向这个记录的 Undo Log 信息。

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Undo Log

InnoDB 将行记录快照保存在了 Undo Log 里，我们可以在回滚段中找到它们，如下图所示：

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从图中你能看到回滚指针将数据行的所有快照记录都通过链表的结构串联了起来，每个快照的记录都保存了当时的 db_trx_id，也是那个时间点操作这个数据的事务 ID。这样如果我们想要找历史快照，就可以通过遍历回滚指针的方式进行查找。

Read View 是如何工作的

在 MVCC 机制中，多个事务对同一个行记录进行更新会产生多个历史快照，这些历史快照保存在 Undo Log 里。如果一个事务想要查询这个行记录，需要读取哪个版本的行记录呢？这时就需要用到 Read View 了，它帮我们解决了行的可见性问题。Read View 保存了当前事务开启时所有活跃（还没有提交）的事务列表，换个角度你可以理解为 Read View 保存了不应该让这个事务看到的其他的事务 ID 列表。

每创建一个事务就会创建一个 Read View 来对目前活跃的事务进行 “快照”.

在 Read VIew 中有几个重要的属性：

  1. trx_ids，系统当前正在活跃的事务 ID 集合。
  2. low_limit_id，活跃的事务中最大的事务 ID。
  3. up_limit_id，活跃的事务中最小的事务 ID。
  4. creator_trx_id，创建这个 Read View 的事务 ID。

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  • 如果 trx_id < 活跃的最小事务 ID（up_limit_id），也就是说这个行记录在这些活跃的事务创建之前就已经提交了，那么这个行记录对该事务是可见的。
  • 如果 trx_id > 活跃的最大事务 ID（low_limit_id），这说明该行记录在这些活跃的事务创建之后才创建，那么这个行记录对当前事务不可见。(不可见指的是, 当前事务看不见其它活跃事务对数据的更改, 当前应该和隔离级别有关)
  • 如果 up_limit_id < trx_id < low_limit_id，说明该行记录所在的事务 trx_id 在目前 creator_trx_id 这个事务创建的时候，可能还处于活跃的状态，因此我们需要在 trx_ids 集合中进行遍历，如果 trx_id 存在于 trx_ids 集合中，证明这个事务 trx_id 还处于活跃状态，不可见。否则，如果 trx_id 不存在于 trx_ids 集合中，证明事务 trx_id 已经提交了，该行记录可见。

如何通过多版本并发控制技术找到它：

  1. 首先获取事务自己的版本号，也就是事务 ID；
  2. 获取 Read View；
  3. 查询得到的数据，然后与 Read View 中的事务版本号进行比较；
  4. 如果不符合 ReadView 规则，就需要从 Undo Log 中获取历史快照；

  5. 最后返回符合规则的数据。

    InnoDB 中，MVCC 是通过 Undo Log + Read View 进行数据读取，Undo Log 保存了历史快照，而 Read View 规则帮我们判断当前版本的数据是否可见。

在隔离级别为读已提交（Read Commit）时，一个事务中的每一次 SELECT 查询都会获取一次 Read View。如表所示：

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在读已提交的隔离级别下，同样的查询语句都会重新获取一次 Read View，这时如果 Read View 不同，就可能产生不可重复读或者幻读的情况。

当隔离级别为可重复读的时候，就避免了不可重复读，这是因为一个事务只在第一次 SELECT 的时候会获取一次 Read View，而后面所有的 SELECT 都会复用这个 Read View，如下表所示：

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InnoDB 是如何解决幻读的

在可重复读的情况下，InnoDB 可以通过 Next-Key 锁 +MVCC 来解决幻读问题。

InnoDB 三种行锁的方式:

  • 记录锁：针对单个行记录添加锁。
  • 间隙锁（Gap Locking）：可以帮我们锁住一个范围（索引之间的空隙），但不包括记录本身。采用间隙锁的方式可以防止幻读情况的产生。
  • Next-Key 锁：帮我们锁住一个范围，同时锁定记录本身，相当于间隙锁 + 记录锁，可以解决幻读的问题。

总结

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