MVCC（多版本并发控制）原理实现

一、实现组件
二、数据可见性判断
三、可见性描述

多版本并发控制（MVCC，Multi-Version Concurrency Control），是一种并发控制的方法。

MySQL InnoDB巧妙地利用了隐藏列、事务ID、Read View以及Undo Log等技术，实现了多版本并发控制，使得不同事务能够几乎同时访问数据库而不相互阻塞，极大地提升了数据库系统的并发性能和用户体验。

一、实现组件

事务ID和系统版本号（syscanf_version）

每个事务都有一个全局唯一的事务ID（trx_id），这个ID随着事务的开始而递增。

在InnoDB内部，还有一个系统版本号（syscanf_version），也是随着事务的执行不断增长。

隐藏列与行格式

InnoDB表中每一行数据除了用户定义的列外，还有额外的隐藏列：

DB_TRX_ID： 记录最后一次修改该行数据的事务ID。
DB_ROLL_PTR： 回滚指针，指向Undo Log中的相应条目，用于撤销操作或者构建历史版本。
DB_ROW_ID（可选）： 对于没有主键的表，InnoDB会自动生成一个隐含的ROW ID作为聚簇索引的一部分。

Undo Log（回滚日志）

当事务对数据进行修改时，InnoDB不仅在当前的数据页上更新数据，还会在Undo Log（两种类型）中记录旧值以及修改前的状态。

INSERT Undo Log： 记录插入操作，主要用于事务回滚时删除新插入的行。

UPDATE/DELETE Undo Log： 记录更新或删除操作，包含被修改前的行数据，用于事务回滚时恢复原状，同时也为其他事务提供历史版本的数据。

Read View（读视图）

在“可重复读”隔离级别下，每个事务启动时会创建并固定一个Read View，之后的所有一致性非锁定读都会基于这个视图来判断数据可见性，Read View包含了以下关键信息。

m_ids[]： 数组存储了所有未提交且活跃的事务ID列表。
low_limit_id： 所有小于等于这个值的事务ID已经提交完成。
up_limit_id： 下一个即将分配给事务的ID，表示尚未分配事务ID的最大值。
creator_trx_id： 创建此Read View的事务自身的事务ID。

二、数据可见性判断

当事务执行SELECT查询时，针对每行数据，根据Read View和该行的DB_TRX_ID来判断是否可见：

DB_TRX_ID小于low_limit_id： 说明该行是在当前事务开始之前就已经提交的，因此对该事务是可见的。
DB_TRX_ID大于等于up_limit_id： 说明该行是由在ReadView之后才开启的事务修改或插入的，因此对当前事务不可见。
DB_TRX_ID位于low_limit_id和up_limit_id之间：
- 若DB_TRX_ID不在ReadView的m_ids列表中，则该事务已提交，数据行对当前事务可见。
- 若DB_TRX_ID在ReadView的m_ids列表中，则该事务尚未提交，数据行对当前事务不可见。

对于不可见的行，通过DB_ROLL_PTR找到对应的Undo Log，并从中获取在Read View创建时刻该行的最新已提交版本，以便当前事务查看。

在“可重复读”隔离级别下，由于Read View在事务开始时就固定了，所以即使后续有新的事务插入满足查询条件的新行，这些新行也不会影响当前事务的查询结果，从而避免了幻读问题。

三、可见性描述

一个代码片段，用于简单演示Read View与事务ID的对比逻辑。

// 假设Transaction类代表一个MySQL InnoDB中的事务，它有trxId属性表示当前事务ID
class Transaction {long trxId; // 当前事务ID// 创建一个新的读视图ReadView createReadView() {return new ReadView(this.trxId);}
}

// 代表InnoDB中的一行记录，包含DB_TRX_ID等隐藏列
class InnodbRow {long dbTrxId; // 最后修改该行的事务IDObject[] data; // 用户数据RollbackPointer rollbackPtr; // 回滚指针// 判断此行对于给定ReadView是否可见boolean isVisibleTo(ReadView readView) {if (dbTrxId < readView.lowLimitId) {// 已提交事务修改，对当前事务可见return true;} else if (readView.isTrxIdInRange(dbTrxId)) {// 未提交事务或已提交但在此视图创建后，对当前事务不可见return false;} else {// 不可能出现的情况，理论上应该为已提交事务throw new IllegalStateException("Invalid transaction ID state");}}
}

// ReadView类存储了事务在可重复读隔离级别下看到的数据版本范围
class ReadView {long lowLimitId; // 已提交事务的最小ID界限Set<Long> activeTransactionIds; // 当前未提交的事务ID集合long upLimitId; // 下一个待分配的事务ID（即活跃事务的最大值）long creatorTrxId; // 创建此ReadView的事务ID// 检查给定的事务ID是否在当前活跃的未提交事务范围内boolean isTrxIdInRange(long trxId) {return activeTransactionIds.contains(trxId);}
}

// 假设有两个事务tx1和tx2，以及一行数据row
Transaction tx1 = new Transaction(); // 初始化事务tx1并获取其事务ID
Transaction tx2 = new Transaction(); // 初始化事务tx2并获取其事务ID
InnodbRow row = getRowFromDatabase(); // 获取数据库中一行记录// 在tx1中创建读视图并检查row的可见性
ReadView readView1 = tx1.createReadView();
boolean isVisibleToTx1 = row.isVisibleTo(readView1);// 如果isVisibleToTx1为true，则tx1可以查看该行数据；否则，根据MVCC规则，tx1应查找undo log中的历史版本。