说说MySQL中MVCC机制的原理

news2024/12/29 7:45:24

一、概述：

了解了MySql的底层架构后，我们今天要深入了解下什么是MVCC。

MVCC，全称Multi-Version Concurrency Control，即多版本并发控制。MVCC是一种多并发控制的方法，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。
我们知道，MySql在5.5后由MyISAM存储引擎改成了InnoDB存储引擎，主要是因为InnoDB是支持事务的，那么当多线程同时执行的时候，可能会出现并发问题。这个时候可能会出现一个能够控制并发的方法，MVCC就起到了这个作用。

MVCC主要靠undo log版本链与ReadView来实现。

二、什么是Undo log

Undo log主要用于事务回滚时恢复原来的数据。
mysql在执行sql时，会将一天逻辑相反的日志保存到undo log中。因此，undo log中记录的也是逻辑日志。
但mysql执行Insert语句时，会在undo log日志中记录本次插入的主键id。等事务回滚时，delete删除此id。
当MySQL执行update语句时，会在undo log中保存修改前的数据。等事务回滚时，再执行一次update，得到原来的数据。
当MySQL执行delete语句时，会在undo log中保存删除前的数据。等事务回滚时，再执行insert，插入原来的数据。
数据库中的四大特性–原子性，即事务是不可分割的，要么全部成功，要不全部失败，其底层就靠undo log来实现。在执行某一条语句失败时，就会对之前事务的语句进行回滚。

三、行的隐藏列

在数据库的每行上，除了存放真实的数据以外，还存在3个隐藏的列：row_id、trx_id和roll_pointer
row_id，行号：

如果当前表有整数类型的主键，那么row_id的值就是主键的值
如果没有整数类型的主键，则MySQL会按照字段的顺序选择一个非空的整数类型的唯一索引为row_id
如果都没有找到，则会创建一个自动增长的整数作为row_id

trx_id，事务号：

当一个事务开始执行前，MySQL就会为这个事务分配一个全局自增的事务id。
之后该事务对当前进行的增、改、删除等操作时，都会将自己的事务ID记录到trx_id中。

roll_pointer，回滚指针：

事务对当前数据改动时，会将旧的数据记录到undo log中，在将数据写入当前行，且当前的roll_pointer指向刚才那个undo log，因此可通过roll_pointer来找到改行前一个版本。
当一直有事务对该行改动时，就会一直生成undo log，最终将会形成undo log版本链。

四、Undo log版本链

一开始，我们使用以下语句创建一个stduent表

CREATE TABLE `student` (
	`id` INT ( 11 ) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
	`name` VARCHAR ( 255 ) NOT NULL,
	`age` INT ( 11 ) NOT NULL,
  PRIMARY KEY ( `id` ) USING BTREE 
) ENGINE = INNODB;

现在开启第一个事务，事务id为1，执行以下插入语句。

INSERT INTO student VALUES ( 1, "a", 24 );

那么当前的示意图如下：
在这里插入图片描述
因为该数据是新插入的，因此它的roll_pointer指向的undo log为空。

接着开启第2个事务，分配的事务id是2，执行以下修改命令。

UPDATE student SET NAME = 'b' WHERE id = 1;

现在的示意图变为：
在这里插入图片描述

当开启第3个事务，分配到事务id是3，执行以下修改命令。

UPDATE student SET age = 25 WHERE id = 1;

示意图变为：
在这里插入图片描述
每个事务对该行进行改动时，都会生成一个undo log，用于保存之前的版本，之后再将新版本的roll_pointer指向刚才生成的undo log。
因此，roll_pointer可以将这些不同版本的undo log串联起来，形成undo log的版本链。

五、关于ReadView

首先需要理解一下快照读与当前读
快照读：简单的select查询，即不包括 select … lock in share mode, select … for update，可能会读到数据的历史版本。
当前读：以下语句都是当前读，总是读取最新版本，会对读取的最新版本加锁。

select ... lock in share mode
select ... for update
insert
update
delete

在事务执行每一个快照读或事务初次执行快照读时，会生成一致性视图，即ReadView。
ReadView的作用是，判断undo log版本链中的哪些数据对当前事务可见。

ReadView包含以下几个重要的参数：

m_ids
在创建ReadView的那一刻，mysql中所有未提交的事务id集合。
min_trx_id
m_ids中的最小值
max_trx_id
mysql即将为下一个事务分配的事务id，并不是m_ids中的最大值。
creator_trx_id
即创建此ReadView的事务id

简要的示意图如下：
在这里插入图片描述

那么事务在执行快照读时，可以通过以下的规则来确定undo log版本链上的哪个版本数据可见。

如果当前undo log的版本的trx_id<min_trx_id，说明该版本对应的事务在生成ReadView之前就已经提交了，因此是可见的。
如果当前undo log的版本的trx_id≥max_trx_id，说明该版本对应的事务在生成ReadView之后才开始的，因此是不可见的。

如果当前undo log的版本的trx_id∈[min_trx_id，max_trx_id)，如果在这个范围里，还要判断trx_id是否在m_ids中：

  在m_ids中，说明版本对应的事务未提交，因此是不可见的。

  不在m_ids中，说明版本对应的事务已经提交，因此是可见的。

如果当前undo log的版本的trx_id=creator_trxt_id，说明事务正在访问自己修改的数据，因此是可见的。
当undo log版本链表的头结点数据被判定为不可见时，则利用roll_pointer找到上一个版本，再进行判断。如果整个链表中都没有找到可见的数据，则代表当前的查询找不到数据。