为什么需要MVCC

在没有MVCC之前，是使用读写锁（共享锁/排它锁）来进行并发控制的，读锁和读锁之间不互斥，写锁和读锁互斥，写锁和写锁互斥。
但是频繁加锁会导致数据库性能低下，这时出现了一种不加锁来解决读写冲突的方法，它会让数据库维护每条数据的多个版本，让不同的事务看到特定版本的数据，这个方法就是MVCC。

什么是MVCC

MVCC，全称Multi-Version Concurrency Control，即多版本并发控制。MVCC是一种用来解决读写冲突的无锁并发控制的方法，可以提高数据库并发读写的性能。

什么是快照读和当前读

快照读

不加锁的select操作是快照读，快照读读到的数据可能是之前的历史版本。快照读的实现是基于MVCC。

当前读

像select lock in share mode（共享锁），select for update，update，insert，delete（排它锁）这些操作都是当前读，它读取的是记录的最新版本，读取时会对这些记录加锁，保证其他并发事务不能修改这些记录。

MVCC的实现原理

MVCC是通过隐式字段，undo log和read view来实现的。

隐式字段

InnoDB在表中每行记录的后面，都隐式记录了几个隐藏的字段：

1. DB_ROW_ID：自增ID，如果数据表没有主键，InnoDB会以DB_ROW_ID来生成聚簇索引
2. DB_TRX_ID：最近插入/修改事务ID，记录创建该记录/最后一次修改该记录的事务ID
3. DB_ROLL_PTR：回滚指针，指向这条记录的上一个版本
   

Undo Log

undo log就是为了实现回滚操作而记录的日志。undo log分为两种，分别为：

1. insert undo log：在插入数据时产生，会记录这条数据的主键值，回滚时会将这个主键值对应的记录删掉。只在事务回滚时需要，所以在事务提交后会被立即丢弃。
2. update undo log：在更新或删除时产生，会把修改这条记录前的旧值都记录下来，回滚时会将这个记录更新为旧值。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；只有当日志不再会被用到时，才会被purge线程清除。

在MVCC中用到的是update undo log，它的结构如下：

Read View

read view就是事务进行快照读操作的时候生成的读视图（并不是每次快照读都会生成），read view主要包含以下四个属性：

1. trx_list：活跃的事务ID列表；
2. creator_trx_id：当前事务ID；
3. up_limit_id：记录trx_list中最小的事务ID；
4. low_limit_id：尚未分配的下一个事务ID。

当读取一条数据时，会先将这条数据的最新记录的DB_TRX_ID取出来，和read view中的属性进行可用性判断，如果不符合可见性的话，那就会通过DB_ROLL_PTR去undo log中取出上一个版本记录中的事务ID再进行可见性判断，以此类推，直到找到可见的记录为止。

可见性判断是使用可见性算法实现的，具体判断过程如下：

1. 如果 DB_TRX_ID < up_limit_id 或 DB_TRX_ID == creator_trx_id，则该记录可见；
2. 如果 DB_TRX_ID >= low_limit_id，则该记录不可见；
3. 判断DB_TRX_ID是否在trx_list中；如果在，说明生成read view的时候，修改这个记录的事务还没提交，所以该记录不可见；如果不在trx_list中，说明生成read view之前修改这个记录的事务已经提交了，所以该记录可见。

事务隔离级别与MVCC的关系

READ UNCOMMITTED（读未提交）

READ UNCOMMITTED级别直接读取数据的最新记录，因此不会使用MVCC。

READ COMMITTED（读已提交）

READ COMMITTED级别会使用MVCC，在每次进行快照读都会生成新的read view，所以每次读取到的都是已提交的最新版本的记录，这样就可以解决脏读问题。

REPEATABLE READ（可重复读）

REPEATABLE READ级别会使用MVCC，只有在第一次进行快照读会生成read view，之后的快照读都会沿用第一次生成的read view，所以每次快照读读到的数据都是一样的，这样就可以解决脏读问题以及快照读的不可重复读、幻读问题。
RR级别下当前读的不可重复读问题
在快照读和当前读同时使用时，仍然有可能发生不可重复读的问题，需要使用行锁来解决。
RR级别下当前读的幻读问题
在快照读和当前读同时使用时，仍然有可能发生幻读的问题，需要使用next-key锁（行锁+gap锁）来解决。

SERIALIZABLE（串行化）

SERIALIZABLE级别是通过加锁来访问数据，因此不会使用MVCC。