什么是MVCC

MVCC，全称Multi-Version Concurrency Control，即多版本并发控制。MVCC是一种并发控制的方法，一般在数据库管理系统中，实现对数据库的并发访问，在编程语言中实现事务内存。

MVCC在MySQL InnoDB中的实现主要是为了提高数据库并发性能，用更好的方式去处理读-写冲突，做到即使有读写冲突时，也能做到不加锁，非阻塞并发读。

MVCC就是为了实现读(select)-写冲突不加锁，而这个读指的就是快照读, 而非当前读，当前读实际上是一种加锁的操作，是悲观锁的实现。

什么是当前读和快照读

当前读

像select 语句 lock in share mode(共享锁), select 语句 for update ;
update, insert ,delete(排他锁)这些操作都是一种当前读。
为什么叫当前读？就是它读取的是记录的最新版本，读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录，会对读取的记录进行加锁。

快照读

像不加锁的select * from 操作就是快照读，即不加锁的非阻塞读，不涉及其他锁之间的冲突；快照读的前提是隔离级别不是串行级别，串行级别下的快照读会退化成当前读。

之所以出现快照读的情况，是基于提高并发性能的考虑，快照读的实现是基于多版本并发控制，即MVCC,可以认为MVCC是行锁的一个变种，但它在很多情况下，避免了加锁操作，降低了开销；既然是基于多版本，即快照读可能读到的并不一定是数据的最新版本，而有可能是之前的历史版本。

当前读，快照读和MVCC的关系

准确的说，MVCC多版本并发控制指的是 “维持一个数据的多个版本，使得读写操作没有冲突” 的理想概念，
而在MySQL中，实现这么一个MVCC理想概念，我们就需要MySQL提供具体的功能去实现它，而快照读就是MySQL为我们实现MVCC理想模型的其中一个具体非阻塞读功能。而相对而言，当前读就是悲观锁的具体功能实现。

MVCC带来的好处

数据库并发场景有三种，分别为：
读-读：不存在任何问题，也不需要并发控制。
读-写：有线程安全问题，可能会造成事务隔离性问题，可能遇到脏读，幻读，不可重复读。
写-写：有线程安全问题，可能会存在更新丢失问题，比如第一类更新丢失，第二类更新丢失。

多版本并发控制（MVCC）是一种用来解决读-写冲突的无锁并发控制，也就是为事务分配单向增长的时间戳，为每个修改保存一个版本，版本与事务时间戳关联，读操作只读该事务开始前的数据库的快照。

MVCC可以为数据库解决以下问题

在并发读写数据库时，可以做到在读(select)操作时不用阻塞写操作，写操作也不用阻塞读操作，提高了数据库并发读写的性能，同时还可以解决脏读，幻读，不可重复读等事务隔离问题，但不能解决更新丢失问题。

  1. 总之，MVCC就是因为大牛们，不满意只让数据库采用悲观锁这样性能不佳的形式去解决读-写冲突问题，而提出的解决方案。

所以在数据库中有了MVCC，所以我们可以形成两个组合：
MVCC + 悲观锁
MVCC解决读写冲突，悲观锁解决写写冲突
MVCC + 乐观锁
MVCC解决读写冲突，乐观锁解决写写冲突
这种组合的方式就可以最大程度的提高数据库并发性能，并解决读写冲突，和写写冲突导致的问题。

MVCC的实现原理

MVCC的实现原理主要是依赖记录中的 3个隐式字段，undo日志 ，Read View 来实现的。

隐式字段

  1. 每行记录除了我们自定义的字段外，还有数据库隐式定义的DB_TRX_ID,DB_ROLL_PTR,DB_ROW_ID等字段
  2. DB_TRX_ID
  3. 6byte，最近修改(修改/插入)事务ID：记录创建这条记录/最后一次修改该记录的事务ID
  5. DB_ROLL_PTR
  6. 7byte，回滚指针，指向这条记录的上一个版本（存储于rollback segment里）
  8. DB_ROW_ID
  9. 6byte，隐含的自增ID（隐藏主键），如果数据表没有主键，InnoDB会自动以DB_ROW_ID产生一个聚簇索引

image.png
如上图，DB_ROW_ID是数据库默认为该行记录生成的唯一隐式主键，DB_TRX_ID是当前操作该记录的事务ID,而DB_ROLL_PTR是一个回滚指针，用于配合undo日志，指向上一个旧版本。

undo log日志

  1.  insert undo log
  2. 代表事务在insert新记录时产生的undo log, 只在事务回滚时需要，并且在事务提交后可以被立即丢弃
  4. update undo log
  5. 事务在进行update或delete时产生的undo log; 不仅在事务回滚时需要，在快照读(select，当读的过程中有写的十事务开始和提交，会造成读数据的脏读、不可重复读、幻读等)时也需要；所以不能随便删除，只有在快速读或事务回滚不涉及该日志时，对应的日志才会被purge线程统一清除。
  7. purge
  8. 从前面的分析可以看出，为了实现InnoDB的MVCC机制，更新或者删除操作都只是设置一下老记录的deleted_bit，并不真正将过时的记录删除。
  10. 为了节省磁盘空间，InnoDB有专门的purge线程来清理deleted_bit为true的记录。为了不影响MVCC的正常工作，purge线程自己也维护了一个read view（这个read view相当于系统中最老活跃事务的read view）;如果某个记录的deleted_bit为true，并且DB_TRX_ID相对于purge线程的read view可见，那么这条记录一定是可以被安全清除的。

对MVCC有帮助的实质是update undo log ，undo log实际上就是存在rollback segment中旧记录链。

Read View(读视图)

什么是Read View
Read View就是事务进行快照读(select * from)操作的时候生产的读视图(Read View)，在该事务执行的快照读的那一刻，会生成事务系统当前的一个快照，记录并维护系统当前活跃事务(未提交事务)的ID(当每个事务开启时，都会被分配一个ID, 这个ID是递增的，所以最新的事务，ID值越大)。

所以我们知道 Read View主要是用来做可见性判断的, 即当我们某个事务执行快照读的时候，对该记录创建一个Read View读视图，把它比作条件用来判断当前事务能够看到哪个版本的数据，既可能是当前最新的数据，也有可能是该行记录的undo log里面的某个版本的数据。

  1. ReadView中主要包含4个比较重要的内容：
  2. read view中活跃就是指未提交的事务
  3. 1. m_ids：表示在生成ReadView时当前系统中活跃的读写事务的事务id列表。
  4. 2. min_trx_id：表示在生成ReadView时当前系统中活跃的读写事务中最小的事务id，也就是m_ids中的最小值。
  5. 3. max_trx_id：表示生成ReadView时系统中应该分配给下一个事务的id值。
  6. 4. creator_trx_id：表示生成该ReadView的快照读操作产生的事务id。

注意max_trx_id并不是m_ids中的最大值，事务id是递增分配的。比方说现在有id为1， 2， 3这三个事务，之
后id为3的事务提交了。那么一个新的读事务在生成ReadView时， m_ids就包括1和2， min_trx_id的值就是1，
max_trx_id的值就是4。

基于RR可重复读隔离级别，实现的基本原理
在select读数据的过程中，m_ids首次发现未提交的事务信息不会因在查找过程中其他事务id提交而把该事务id排除在外，直至查询到该事务链中最后提交的事务。

读已提交的隔离级别
m_ids:保存事务系统中的活跃的事务id，基于m_ids中的id信息在事务链中直到查找到非活跃的事务id(已提交的事务，不管事务提交是否在read view生成后)，此时就认为是该事务id查询的信息。

RC隔离级别是在执行sql时生成read view，RR隔离级别是在事务开始生成read view；有了这个ReadView，这样在访问某条记录时，只需要按照下边的步骤判断记录的某个版本是否可见： 

  1. 1）如果被访问版本的trx_id属性值与ReadView中的creator_trx_id值相同，意味着当前事务在访问它自己修改过的记录，所以该版本可以被当前事务访问。
  3. 2）如果被访问版本的trx_id属性值小于ReadView中的min_trx_id值，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView前已经提交，所以该版本可以被当前事务访问。
  5. 3）如果被访问版本的trx_id属性值大于ReadView中的max_trx_id值，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView后才开启，所以该版本不可以被当前事务访问。
  7. 4）如果被访问版本的trx_id属性值在ReadView的min_trx_id和max_trx_id之间，那就需要判断一下trx_id属性值是不是在m_ids列表中，如果在，说明创建ReadView时生成该版本的事务还是活跃的，该版本不可以被访问；
  8. 如果不在，说明创建ReadView时生成该版本的事务已经被提交，该版本可以被访问。