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MySQL进阶【十二】—— 深挖Innodb事务的多版本控制（MVCC）的实现原理

分类: 文章 • 2022-10-04 16:14:20

什么是多版本控制

多版本并发控制（Multi-Version Concurrency Control）是MySQL的InnoDB引擎实现隔离级别的一种具体方式。用于实现提交读和可重复读。

多版本控制的优势

  • 同一行数据平时发生读写请求时，会上锁阻塞住。但mvcc用更好的方式去处理读—写请求，做到在发生读—写请求冲突时不用加锁。
  • 这个读是指的快照读，而不是当前读，当前读是一种加锁操作，是悲观锁。

当前读

它读取的数据库记录，都是当前最新的版本，会对当前读取的数据进行加锁，防止其他事务修改数据。是悲观锁的一种操作。

  • 如下操作都是当前读：
    • select lock in share mode (共享锁)
    • select for update (排他锁)
    • update (排他锁)
    • insert (排他锁)
    • delete (排他锁)
    • 串行化事务隔离级别

快照读

快照读的实现是基于多版本并发控制，即MVCC，既然是多版本，那么快照读读到的数据不一定是当前最新的数据，有可能是之前历史版本的数据。

  • 如下操作是快照读
    • 不加锁的select操作（注：事务级别不是串行化）

MVCC 解决了哪些并发问题

mvcc用来解决读—写冲突的无锁并发控制，就是为事务分配单向增长的事务id。为每个数据修改保存一个版本，版本与用回滚指针（roll_pointer）相连。

  • 解决问题如下：

    • 并发读-写时：可以做到读操作不阻塞写操作，同时写操作也不会阻塞读操作。
    • 解决脏读、不可重复读等事务隔离问题，但不能解决上面的写-写 更新丢失问题。
    • 大大提高了并发性

实现原理

隐藏列

通过在每一张表上添加三个隐藏列，来实现不同的版本
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  • trx_id 表示最近一次对本记录行作修改（insert | update）的事务ID。至于delete操作，InnoDB认为是一个update操作，不过会更新一个另外的删除位，将行表示为deleted。并非真正删除。
  • roll_pointer 回滚指针，指向当前记录行 在 undo log 中上一个版本的数据
  • deleted_bit 删除标记位，因Innodb将delete认为是一次update，所以需要一个删除标记位，标记数据是否删除

Readview (重要)

Readview 是mvcc是先多版本控制的关键，通过生成Readview很好的实现了版本之间的隔离，生成Readview时，会将当前活跃的事务id放入Readview中
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  • 结构
    • low_limit_id : 当前活跃事务的最小ID
    • up_limit_id ：当前活跃事务的最大ID
    • trx_ids ： 当前活跃事务的ID数组
    • creator_trx_id ：当前创建事务的id号（也可能是试图的ID号）

undo_log

一行数据在undo_log中的版本链
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  • 大多数对数据的变更操作包括 insert/update/delete，在InnoDB里，undo log分为如下两类：
    • ①insert undo log : 事务对insert新记录时产生的undo log, 只在事务回滚时需要, 并且在事务提交后就可以立即丢弃。
    • ②update undo log : 事务对记录进行delete和update操作时产生的undo log，不仅在事务回滚时需要，快照读也需要，只有当数据库所使用的快照中不涉及该日志记录，对应的回滚日志才会被purge线程删除。

    • Purge线程：为了实现InnoDB的MVCC机制，更新或者删除操作都只是设置一下旧记录的deleted_bit，并不真正将旧记录删除。
      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。purge线程自己也维护了一个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。

可见性比较

使用Readview和undo_log的版本链，通过比较判断是否可见
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  • 用trx_id 与 low_limit_id 比较，trx_id < low_limit_id;说明事务已提交
  • 用trx_id 与 up_limit_id 比较，trx_id >= up_limit_id ;说明事务未提交，不可见
  • 用 trx_id 分别与low_limit_id、up_limit_id比较；low_limit_id <= trx_id < up_limit_id时；再判断 trx_id 是否在 trx_ids数组中；如果存在，说明事务未提交，不可见；如果不存在说明事务已提交，可见。

示例

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  • 可重复读级别下
    • 此时生成的readview结构 ： low_limit_id:101,up_limit_id:108,trx_ids[101,104,108],trx_id:105
    • 108版本，刚好等于up_limit_id，符合第2条，108版本不可见
    • 101版本，不满足小于low_limit_id的条件，但是101存在于trx_ids，101版本不可见
    • 102版本，102版本大于low_limit_id切小于up_limit_id。但是102不存在于trx_ids，102版本可见

可重复读和读已提交的MVCC有何不同

  • 可重复读级别：同一个事务内readview只生成一次，即事务开始后的第一条select语句，后面的所有查询都使用前面生成的readview
  • 读已提交级别：同一个事务内readview会生成多次，即事务开始后的每一天select语句，都重新生成一个readview，因每次生成的readview不同，就出现了每次select读到的内容不一致

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