MVCC 详解

介绍

MVCC,全称 Multi-Version Concurrency Control,即多版本并发控制

MVCC的目的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。
这里的多版本指的是数据库中同时存在多个版本的数据,并不是整个数据库的多个版本,而是某一条记录的多个版本同时存在。

优势

提高并发性能:读操作不会阻塞写操作,写操作也不会阻塞读操作,有效地提高数据库的并发性能。
降低死锁风险:由于无需使用显式锁来进行并发控制,MVCC可以降低死锁的风险。

当前读和快照读

当前读

在MySQL中,当前读是一种读取数据的操作方式,它可以直接读取最新的数据版本,读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录,会对读取的记录进行加锁。MySQL提供了两种实现当前读的机制:

一致性读(Consistent Read):

默认隔离级别下(可重复读),MySQL使用一致性读来实现当前读。
在事务开始时,MySQL会创建一个一致性视图(Consistent View),该视图反映了事务开始时刻数据库的快照。
在事务执行期间,无论其他事务对数据进行了何种修改,事务始终使用一致性视图来读取数据。
这样可以保证在同一个事务内多次查询返回的结果是一致的,从而实现了当前读。

锁定读(Locking Read):

锁定读是一种特殊情况下的当前读方式,在某些场景下使用。
当使用锁定读时,MySQL会在执行读取操作前获取共享锁或排他锁,以确保数据的一致性。
共享锁(Shared Lock)允许多个事务同时读取同一数据,而排他锁(Exclusive Lock)则阻止其他事务读取或写入该数据。
锁定读适用于需要严格控制并发访问的场景,但由于加锁带来的性能开销较大,建议仅在必要时使用。

快照读

快照读是在读取数据时读取一个一致性视图中的数据,MySQL使用 MVCC 机制来支持快照读。
具体而言,每个事务在开始时会创建一个一致性视图(Consistent View),该视图反映了事务开始时刻数据库的快照。这个一致性视图会记录当前事务开始时已经提交的数据版本。
当执行查询操作时,MySQL会根据事务的一致性视图来决定可见的数据版本。只有那些在事务开始之前已经提交的数据版本才是可见的,未提交的数据或在事务开始后修改的数据则对当前事务不可见。
像不加锁的 select 操作就是快照读,即不加锁的非阻塞读。
快照读可能读到的并不一定是数据的最新版本,而有可能是之前的历史版本。

注意:快照读的前提是隔离级别不是串行级别,在串行级别下,事务之间完全串行执行,快照读会退化为当前读
MVCC主要就是为了实现读-写冲突不加锁,而这个读指的就是快照读,是乐观锁的实现。

MVCC 原理解析

隐式字段

MySQL中的行数据,除了我们肉眼能看到的字段之外,其实还包含了一些隐藏字段,它们在内部使用,默认情况下不会显示给用户。

在这里插入图片描述

Undo Log

上文提到了 Undo 日志,这个 Undo 日志是 MVCC 能够得以实现的核心所在。

Undo日志(Undo Log)是MySQL中的一种重要的事务日志,Undo日志的作用主要有两个方面:

事务回滚:当事务需要回滚时,MySQL可以通过Undo日志中的旧值将数据还原到事务开始之前的状态,保证了事务回滚的一致性。
MVCC实现:MVCC 是InnoDB存储引擎的核心特性之一。通过使用Undo日志,MySQL可以为每个事务提供独立的事务视图,使得事务读取数据时能看到一致且符合隔离级别要求的数据版本。

待续…

版本链

在MVCC中,对于每次更新操作,旧值会被保存到一条undo日志中,即使它是该记录的旧版本。随着更新次数的增加,所有的版本都会通过roll_pointer属性连接成一个链表,称之为版本链。
版本链的头节点代表当前记录的最新值。此外,每个版本还包含生成该版本的事务ID。

Read View

一致性视图,全称 Read View ,是用来判断版本链中的哪个版本对当前事务是可见的

Read View 是事务进行快照读操作时候生成的读视图(Read View),在该事务执行快照读的那一刻,会生成数据库系统当前的一个快照,记录并维护系统当前活跃事务的ID(每个事务开启时,都会被分配一个ID,这个ID是递增的)。

注意 Read View只针对 RC 和 RR级别

Read Uncommitted 和 Serializable 隔离级别下的事务规则不涉及基于 Read View 的可见性判断。RU 允许脏读,而 Serializable 则通过锁机制保证串行执行。因此,在这两个隔离级别下,不需要创建或使用 Read View。

RC 和 RR 下的 Read View

RC:每次 SELECT 数据前都生成一个ReadView。
RR:只在第一次读取数据时生成一个ReadView,后面会复用第一次生成的。

在 RC 隔离级别下,每个快照读都会生成并获取最新的 Read View;而在 RR 隔离级别下,则是只在第一个快照读创建Read View,之后的快照读获取的都是同一个Read View

RR 级别下能否防止幻读

严谨的说,RR 级别下只能防止部分幻读
mysql数据库 InnoDB 下 隔离级别为可重复读 可以防止幻读。

使用的是间隙锁 (锁定记录+范围)

待续…

参考MVCC详解

RR和RC的区别

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