MVCC【重点】

news2025/2/28 6:43:08

参考链接
[1] https://www.bilibili.com/video/BV1YD4y1J7Qq/?spm_id_from=333.1007.top_right_bar_window_history.content.click&vd_source=0cb0c5881f5c7d76e7580fbd2f551074
[2]https://www.cnblogs.com/jelly12345/p/14889331.html
[3]https://xiaolincoding.com/mysql/transaction/mvcc.html#read-view-%E5%9C%A8-mvcc-%E9%87%8C%E5%A6%82%E4%BD%95%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E7%9A%84
[4]https://zhuanlan.zhihu.com/p/52977862

MVCC（Multi-Version Concurrency Control）多版本并发控制，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

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

核心知识点

MVCC它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。

1、3个隐式字段
2、聚簇索引
3、undo log
4、 read view

1、3个隐式字段

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

  • DB_ROW_ID：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

  • DB_ROLL_PTR：7byte，回滚指针，指向这条记录的上一个版本（存储于rollback segment里）

    • DB_TRX_ID：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

  • 实际还有一个删除flag隐藏字段, 既记录被更新或删除并不代表真的删除，而是删除flag变了

DB_ROW_ID是数据库默认为该行记录生成的唯一隐式主键；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；DB_TRX_ID是当前操作该记录的事务ID。

2. 聚簇索引

在MySQL中，InnoDB存储引擎默认使用聚簇索引来组织表的数据。

  • 如果表定义了主键，则主键索引就是聚簇索引；【不隐藏】
  • 如果表没有定义主键，则InnoDB存储引擎会选择一个唯一的非空索引来作为聚簇索引；【不隐藏】
  • 如果没有合适的唯一非空索引，则InnoDB会自动生成一个隐藏的聚簇索引。

下面这张图，主键为id，所以聚簇索引为id，这时候并不是一个隐藏的列
在这里插入图片描述

例如下面第一张图由于没有主键，没有唯一非空索引，因此使用自动生成当做聚簇索引
在这里插入图片描述

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MVCC如何实现事务隔离？（Undo log版本链和Readview）

MySQL中MVCC的实现是基于Undo log版本链和Readview来达成的。

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3. undo log（回滚日志）-------构造版本链

undo log（回滚日志），它保证了事务的 ACID 特性 (opens new window)中的原子性（Atomicity）

undo log主要分为两种：

  • insert undo log：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
  • update undo log： 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

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，

Undo log（回滚日志），作为回滚的基础，在执行update和delete操作时，会将每次操作详细记录在Undo log中，每条Undo log中都记录一个叫做roll_pointer的引用信息，通过roll_pointer就可以将某条数据对应的Undo log，链接成一个Undo链。在Undo链的头部，通过数据行中的roll_pointer进行关联，就可以构成一条数据的版本链，这样对于每一行记录，都会有一个版本链，体现了这条记录的所有变更，有事务对这条数据进行操作时，将操作后的数据链接到版本的头部。
在这里插入图片描述
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补充：

因此，undo log 两大作用：

  1. 实现事务回滚，保障事务的原子性。 事务处理过程中，如果出现了错误或者用户执 行了 ROLLBACK 语句，MySQL 可以利用 undo log 中的历史数据将数据恢复到事务开始之前的状态。
  2. 实现 MVCC（多版本并发控制）关键因素之一。 MVCC 是通过 ReadView + undo log 实现的。undo log 为每条记录保存多份历史数据，MySQL 在执行快照读（普通 select 语句）的时候，会根据事务的 Read View 里的信息，顺着 undo log 的版本链找到满足其可见性的记录。

4. 每条数据的版本链都构造好之后，在查询的时候，是如何选择版本？（Read View）

就需要使用到Read View结构来实现。
Read View（读视图），是一个视图一个内存结构，一个 Read View 会在事务开始时创建（针对不同情况而定）。

对于 「读提交」和「可重复读」 隔离级别的事务来说，它们的 快照读【补充部分：当前读，快照读和MVCC的关系】（普通 select 语句）是通过 Read View + undo log 来实现的，它们的区别在于 创建 Read View 的时机不同 ：

  1. 「读提交」隔离级别是在每个 select 都会生成一个新的 Read View，也意味着，事务期间的多次读取同一条数据，前后两次读的数据可能会出现不一致，因为可能这期间另外一个事务修改了该记录，并提交了事务。
  2. 「可重复读」隔离级别是启动事务时生成一个 Read View，然后整个事务期间都在用这个 Read View，这样就保证了在事务期间读到的数据都是事务启动前的记录。

这两个隔离级别实现是通过「事务的 Read View 里的字段」和「记录中的两个隐藏列（trx_id 和 roll_pointer）」的比对，如果不满足可见行，就会顺着 undo log 版本链里找到满足其可见性的记录，从而控制并发事务访问同一个记录时的行为，这就叫 MVCC（多版本并发控制）。

因此我们可以知道在 「读提交」和「可重复读」的实现都是通过MVCC模式完成的

补充：
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” 这么一个概念。仅仅是一个理想概念
  • 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。【MVCC是一种通用模式，快照读是MySQL实现MVCC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
  • 要说的再细致一些，快照读本身也是一个抽象概念，再深入研究。MVCC模型在MySQL中的具体实现则是由 3个隐式字段，undo日志 ，Read View 等去完成的，具体可以看下面的MVCC实现原理。

当一个事务开始时，数据库系统会根据当前的活跃事务状态创建一个 Read View，用于确定该事务在其执行期间可以看到的数据视图。这个数据视图包含4个信息：

  1. creator_trx_id：创建Read View的事务；
  2. m_ids：当前活跃且未提交的事务集合 **（可以存在多个id） **
  3. min_trx_id：前活跃且未提交集合m_ids中最小事务的id
  4. max_trx_id：下一个将被分配的事务的id值，该值为全局事务中最大的事务 id 值 + 1 ==id+1；。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

事务在执行期间会使用这个 Read View 来确定哪些数据行是可见的，哪些是不可见的。（例如下面的例子，【T5】可以/不可以看到【T1、T2、T3、T4】中的哪些）因此，创建一个 Read View 是为了在事务执行期间保持数据的一致性和隔离性。访问规则：

  1. 一个事务去访问记录的时候，自己的更新记录总是可见
  2. 如果记录的 trx_id 值小于 Read View 中的 min_trx_id 值，【 trx_id < min_trx_id】 表示这个版本的记录是在创建 Read View 前已经提交的事务生成的，所以该版本的记录对当前事务 可见。【不一定，因为在【可重复读】隔离级别下，当事务已经启动，创建了Read View，这时候不管重复读几次，读到的结果都是和第一次结果一样的{第一次结果如果为不可见，那么后面几次读取的都是不可见}，因为这几次的读取并不会重新创建Read View，与【读提交】隔离级别不同，因为读提交时每一次select都是会重新创建Read View,，所以只要提交修改后的事务，都可见】----------（理解【可重复读】和【读提交】的工作原理）
  3. 如果记录的 trx_id 值大于等于 Read View 中的 max_trx_id 值 【 trx_id >= max_trx_id】，表示这个版本的记录是在创建 Read View 后才启动的事务生成的，所以该版本的记录对当前事务 不可见。
  4. 如果记录的 trx_id 值在 Read View 的 min_trx_id 和 max_trx_id 之间 【min_trx_id<=trx_id<max_trx_id】，需要判断 trx_id 是否在 m_ids 列表中：
  • 如果记录的 trx_id 在 m_ids列表中，表示生成该版本记录的活跃事务依然活跃着（还没提交事务），所以该版本的记录对当前事务不可见。
    如果记录的 trx_id 不在m_ids列表中，表示生成该版本记录的活跃事务已经被提交，所以该版本的记录对当前事务可见。

【例子】

上述提及的【trx_id】是【T1、T2、T3、T4事务】对应的记录信息，通过使用Read View对该值的判断，就可以得出【T5】能够访问【T1、T2、T3、T4】中的哪些事务，例子如下：

假设有以下事务序列：

  1. 事务T：有一条记录，trx_id为 100。（已提交）
  2. 事务T1：更新一条记录，trx_id为 101。（已启动未提交）
  3. 事务T2：更新另一条记录，trx_id为 200。（已启动未提交）
  4. 事务T3：更新第三条记录，trx_id为 300。（已启动未提交）
  5. 事务T4：更新第三条记录，trx_id为 301。（还没有启动）
  6. 事务T5：启动后读取记录。trx_id为 305

假设在事务T4启动后，数据库创建了一个Read View来确定T5可以看到哪些记录的变化。此时，T4的Read View可能如下所示：

  1. creator_trx_id：400；
  2. m_ids：101、200、300
  3. min_trx_id：100
  4. max_trx_id：301

现在来检查每个记录的trx_id，并确定T5对每个记录的可见性：（从链头开始）

  1. T5能够看到自己的记录
  2. 当 trx_id=301，对应T4，这时候【 trx_id >= max_trx_id】，所以T5看不到T4
  3. 当 trx_id=300，对应T3，这时候【min_trx_id<=trx_id<max_trx_id】且在集合【m_ids】中，所以T5看不到T3
  4. 同理，T5也看不到T2和T1
  5. 当trx_id=100，对应T，这时候【 trx_id < min_trx_id】，事务已经提交，所以T5看到T

因此，根据T5的Read View，T5对trx_id为100的记录可见，而对trx_id为101、200、300、301的记录不可见。

===========================【可重复读】和【读提交】的区别

【可重复读】

当上面例子的T1事务变成已提交，但是仍然以T5事务为例

  1. 事务T：有一条记录，trx_id为 100。（已提交）
  2. 事务T1：更新一条记录，trx_id为 101。（已提交）
  3. 事务T2：更新另一条记录，trx_id为 200。（已启动未提交）
  4. 事务T3：更新第三条记录，trx_id为 300。（已启动未提交）
  5. 事务T4：更新第三条记录，trx_id为 301。（还没有启动）
  6. 事务T5：启动后读取记录。trx_id为 305 （第二/多次读取事务）

因为上文提及：「可重复读」隔离级别是启动事务时生成一个 Read View，所以此时 T5 的Read View还是和第一次读取时一样，没有改变过，仍然为

  1. creator_trx_id：400；
  2. m_ids：101、200、300
  3. min_trx_id：100
  4. max_trx_id：301

所以 T5 读取的结果还是：T5对trx_id为100的记录可见，而对trx_id为101、200、300、301的记录不可见。
这也就应对了可重复读的原理：在同一个事务中多次读取同一行数据时，保证读取到的数据是一致的。

【读提交】

当上面例子的T1事务变成已提交，但是仍然以T5事务为例

  1. 事务T：有一条记录，trx_id为 100。（已提交）
  2. 事务T1：更新一条记录，trx_id为 101。（已提交）
  3. 事务T2：更新另一条记录，trx_id为 200。（已启动未提交）
  4. 事务T3：更新第三条记录，trx_id为 300。（已启动未提交）
  5. 事务T4：更新第三条记录，trx_id为 301。（还没有启动）
  6. 事务T5：启动后读取记录。trx_id为 305 （第二/多次读取事务）

因为上文提及：「读提交」隔离级别是在每个 select 都会生成一个新的 Read View，所以此时 T5 的Read View后续读取的每一次都和前一次不一样，都发生改变（假设第二次读取），由于T1已经提交，所以第二次读取后的 T5 Read View为：

  1. creator_trx_id：400；【不变，因为是在同一个事物，只是读取次数不一样】
  2. m_ids：200、300
  3. min_trx_id：200
  4. max_trx_id：301

同理按照规则：
。。。。（此处省略）
之后到 trx_id=101、trx_id=100，对应 T1、T，这时候【 trx_id < min_trx_id】，事务已经提交，所以T5可以看到 T1，T
所以 T5 读取的结果是：T5对trx_id为100、101的记录可见，而对trx_id为200、300、301的记录不可见。
这也就应对了读提交的原理：事务只能读取已经提交的数据>

所以，总的来说，【可重复读】和【读提交】工作区别在于：同一个事务读取数据时的次数发生改变后，前提是有另外的事务T提交了自己的事务，这时候【可重复读】的结果还是和该事务的第一次读取一样，不改变结果。【读提交】的结果和该事务第一次或者前一次的读取不一样，结果发生改变，会看到提交的事务T（下面是更专业解释）

  • RR（可重复读）： 在可重复读隔离级别下，事务可以多次读取同一数据行，并且在事务执行期间所读取的数据保持一致，即事务执行期间不会受到其他事务的影响。这意味着事务在开始时创建了一个数据视图（Read View），并在整个事务期间保持这个数据视图不变。在这个级别下，其他事务对数据的修改不会影响当前事务的读取结果，从而实现了数据的一致性和隔离性。
  • RC（读已提交）： 在读已提交隔离级别下，事务只能读取已提交的数据，也就是说事务所读取的数据必须是其他事务已经提交的。这意味着事务在执行查询时会立即看到其他已提交事务所做的修改，而不会看到未提交事务所做的修改。因此，读已提交隔离级别下的数据读取是更为实时和动态的，但同时也会导致读取到的数据不一致。

综上，这种通过「版本链」来控制并发事务访问同一个记录时的行为就叫 MVCC（多版本并发控制）

MVCC可以解决幻读吗？（待更新…）

MVCC（多版本并发控制）可以部分地解决幻读问题，但并不能完全消除。

幻读（Phantom Read）：指在一个事务内，多次执行同一个查询时，由于其他事务对数据进行了插入或删除操作，导致查询结果集合不一致的现象。例如，事务A在查询某个范围内的数据时，事务B在该范围内插入了新的数据，然后事务A再次查询同一范围的数据，发现结果集合中出现了之前不存在的新数据，这就是幻读。

在MVCC中，事务开始时会创建一个Read View（或称为快照），用于记录当前事务开始时数据库的状态。当事务执行查询时，数据库会根据这个Read View来确定可见的数据行版本，从而保证事务执行期间读取到的数据是一致的。

根据 小林coding的讲解，MySQL InnoDB 引擎的可重复读隔离级别（默认隔离级），根据不同的查询方式，分别提出了避免幻读的方案---->【快照读】【当前读】
参考链接
https://xiaolincoding.com/mysql/transaction/phantom.html#%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E4%B8%AA%E5%8F%91%E7%94%9F%E5%B9%BB%E8%AF%BB%E7%8E%B0%E8%B1%A1%E7%9A%84%E5%9C%BA%E6%99%AF

快照读是如何避免幻读

可重复读隔离级是由 MVCC（多版本并发控制）实现的，实现的方式是开始事务后（执行 begin 语句后），在执行第一个查询语句后，会创建一个 Read View，后续的查询语句利用这个 Read View，通过这个 Read View 就可以在 undo log 版本链找到事务开始时的数据，所以事务过程中每次查询的数据都是一样的，即使中途有其他事务插入了新纪录，是查询不出来这条数据的，所以就很好了避免幻读问题。

当前读是如何避免幻读

加锁：next-key lock（next-key lock 是间隙锁+记录锁的组合）

可重复读隔离级别下虽然很大程度上避免了幻读，但是还是没有能完全解决幻读。

即：MySQL InnoDB 引擎的默认隔离级为【可重复读隔离级别】，想要解决幻读，只能根据引擎当前有的方法结合其他方法，根来避免幻读：
因为MySQL InnoDB 引擎中存在 快照读 和 当前读

  1. 针对快照读（普通 select 语句），是通过 MVCC 方式解决了幻读，但是并不能完全避免幻读，只能部分避免。
  2. 针对当前读（select … for update 等语句），是通过 next-key lock（记录锁+间隙锁）方式解决了幻读。

两个发生幻读场景的例子。

  1. 第一个例子：对于快照读， MVCC 并不能完全避免幻读现象。因为当事务 A 更新 了一条事务 B 插入的记录，那么事务 A 前后两次查询的记录条目就不一样了，所以就发生幻读。

  2. 第二个例子：对于当前读，如果事务开启后，并没有执行当前读，而是先快照读，然后这期间如果其他事务插入了一条记录，那么事务后续使用当前读进行查询的时候，就会发现两次查询的记录条目就不一样了，所以就发生幻读。

所以，MySQL 可重复读隔离级别并没有彻底解决幻读，只是很大程度上避免了幻读现象的发生。

要避免这类特殊场景下发生幻读的现象的话，就是尽量在开启事务之后，马上执行 select … for update 这类当前读的语句，因为它会对记录加 next-key lock，从而避免其他事务插入一条新记录。（这种方法就是类似【串行化】，最高级别的隔离，但是性能一直加锁，性能差）

=================================================

总结

参考链接
https://zhuanlan.zhihu.com/p/52977862

1、数据库为什么要有事务？
【为了保证数据最终的一致性。】

2、事务包括哪几个特性？
【原子性、隔离性、一致性、持久性。】
参考：事务的ACID特性：https://zhuanlan.zhihu.com/p/27789602

3、事务的并发引起了哪些问题？
事务并发会引起 【脏读、重复读、幻读】 问题。

4、怎么解决事务并发出现的问题？
进行事务隔离，针对不同的并发问题，设置不同的的事务隔离级别 【读未提交，读提交，重复读，序列化】。
参考：事务隔离与实现：https://zhuanlan.zhihu.com/p/27790194

5、数据库通过什么方式保证了事务的隔离性？
通过 【加锁】 来实现事务的隔离性。
参考：Mysql 的各种锁：https://zhuanlan.zhihu.com/p/52312376

6、频繁的加锁会带来什么问题？

读取数据的时候没办法修改，修改数据的时候没办法读取，极大的降低了数据库读写性能。

7、数据库是如何解决加锁后的性能问题的？

MVCC 多版本控制，实现读取数据不用加锁， 可以在读取数据同时修改。修改数据时同时可读取。

快照读

快照读是指读取数据时不是读取最新版本的数据，而是基于历史版本读取的一个快照信息（mysql读取undo log历史版本) ，快照读可以使普通的SELECT 读取数据时不用对表数据进行加锁，从而解决了因为对数据库表的加锁而导致的两个如下问题

1、解决了因加锁导致的修改数据时无法对数据读取问题;

2、解决了因加锁导致读取数据时无法对数据进行修改的问题;

当前读

当前读是读取的数据库最新的数据，当前读和快照读不同，因为要读取最新的数据而且要保证事务的隔离性，所以当前读是需要对数据进行加锁的（Update delete insert select …lock in share mode select for update 为当前读）

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简介&#xff1a;有时候&#xff0c;我们需要在新电脑 或者 电脑重置后&#xff0c;配置前端开发环境&#xff0c;具体都需要安装什么软件和插件&#xff0c;这里来记录一下&#xff08;文章适合新手和小白&#xff0c;大佬可以带过&#xff09;。 ✨前端开发环境&#xff0c;需…
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向量数据库PGVECTOR，AI浪潮下崛起的新秀！

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&#x1f4e2;&#x1f4e2;&#x1f4e2;&#x1f4e3;&#x1f4e3;&#x1f4e3; 哈喽&#xff01;大家好&#xff0c;我是【IT邦德】&#xff0c;江湖人称jeames007&#xff0c;10余年DBA及大数据工作经验 一位上进心十足的【大数据领域博主】&#xff01;&#x1f61c;&am…
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mybatis的原理和注解开发，今年Java面试必问的这些技术面

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前言 说起MySQL优化的话&#xff0c;想必大部分人都不陌生了。在我们的记忆储备里也早已记住了这些关键词&#xff1a;避免使用SELECT*、避免使用NULL值的判断、根据需求适当的建立索引、优化MySQL参数…但是你对于这些优化技巧是否真正的掌握了及其相应的工作原理是否吃透了呢…
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