快捷導(dǎo)航

一文詳解MVCC的執(zhí)行原理

更新時(shí)間：2023年12月29日 08:22:00 作者：Java中文社群

MVCC是一種并發(fā)控制機(jī)制,用于解決數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)訪問(wèn)中,數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題,它通過(guò)在讀寫(xiě)操作期間保存多個(gè)數(shù)據(jù)版本,以提供并發(fā)事務(wù)間的隔離性,本文將和大家簡(jiǎn)單聊聊MVCC的執(zhí)行原理,需要的朋友可以參考下

MVCC（Multi-Version Concurrency Control）是一種并發(fā)控制機(jī)制，用于解決數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)訪問(wèn)中，數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。它通過(guò)在讀寫(xiě)操作期間保存多個(gè)數(shù)據(jù)版本，以提供并發(fā)事務(wù)間的隔離性，從而避免了傳統(tǒng)的鎖機(jī)制所帶來(lái)的資源爭(zhēng)用和阻塞問(wèn)題。

所謂的一致性問(wèn)題，就是在并發(fā)事務(wù)執(zhí)行時(shí)，應(yīng)該看到那些數(shù)據(jù)和不應(yīng)該看到那些數(shù)據(jù)。

在 MVCC 機(jī)制中，每個(gè)事務(wù)的讀操作都能看到事務(wù)開(kāi)始之前的一致性數(shù)據(jù)快照，而不受其他并發(fā)事務(wù)的修改的影響。核心思想是通過(guò)創(chuàng)建多個(gè)數(shù)據(jù)版本，保持事務(wù)的一致性和隔離性。

使用 MVCC 機(jī)制解決了 RR 隔離級(jí)別中，部分幻讀問(wèn)題，但又沒(méi)把全部幻讀問(wèn)題都解決。

MVCC 解決了 RR 隔離級(jí)別中，快照讀的幻讀問(wèn)題。多次查詢快照讀時(shí)，因?yàn)?RR 級(jí)別是復(fù)用 Read View（讀視圖），所以沒(méi)有幻讀問(wèn)題。
但 MVCC 解決不了 RR 隔離級(jí)別中，如果遇到快照讀和當(dāng)前讀（讀取當(dāng)前最新的數(shù)據(jù)）中間發(fā)生過(guò)添加操作，那么 Read View 不能復(fù)用，就出現(xiàn)了幻讀的問(wèn)題。

快照讀和當(dāng)前讀

快照讀：是指在一個(gè)事務(wù)中，讀取的數(shù)據(jù)版本是在事務(wù)開(kāi)始時(shí)已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)版本，而不是最新的數(shù)據(jù)版本。這種讀取方式提供了事務(wù)在執(zhí)行期間看到的數(shù)據(jù)視圖的一致性，select 查詢就是快照讀。 當(dāng)前讀：是指在事務(wù)中讀取最新的數(shù)據(jù)版本，以下幾種操作都是快照讀：

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

MVCC 實(shí)現(xiàn)原理

MVCC 主要是依靠以下兩部分實(shí)現(xiàn)的：

Undo Log 鏈
Read View（讀視圖或者叫一致性視圖）

Undo Log 鏈

我們知道 Undo Log 主要是用于數(shù)據(jù)庫(kù)中事務(wù)回滾的，但在 MVCC 機(jī)制中也發(fā)揮著重要的作用，那什么是 Undo Log 鏈呢？

Undo Log 鏈?zhǔn)侵冈诿總€(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象上維護(hù)的 Undo Log 記錄鏈表。每張表都會(huì)有與之相對(duì)應(yīng)的 Undo Log 鏈，用于記錄修改前的數(shù)據(jù)信息（以方便數(shù)據(jù)進(jìn)行回滾）。

Read View

Read View（讀視圖）用于管理事務(wù)之間數(shù)據(jù)可見(jiàn)性的一種機(jī)制。Read View 在特定時(shí)刻為事務(wù)創(chuàng)建的一個(gè)快照，該快照包含了在該時(shí)刻所有未提交事務(wù)的事務(wù)標(biāo)識(shí)符，以及其他一些輔助信息。

在 Read View 中包含了以下 4 個(gè)主要的字段：

m_ids：當(dāng)前活躍的事務(wù)編號(hào)集合。
min_trx_id：最小活躍事務(wù)編號(hào)。
max_trx_id：預(yù)分配事務(wù)編號(hào)，當(dāng)前最大事務(wù)編號(hào)+1。
creator_trx_id：ReadView 創(chuàng)建者的事務(wù)編號(hào)。

RC 級(jí)別中，每次快照讀都會(huì)生成一個(gè)全新的 Read View，而 RR 級(jí)別中同一個(gè)事務(wù)會(huì)復(fù)用一個(gè) Read View。

有了 Read View 和 Undo Log 鏈之后，并發(fā)事務(wù)在查詢時(shí)就知道要讀取那些數(shù)據(jù)了。

判斷方法

判斷方法是根據(jù) Read View 中的 4 個(gè)重要字段，先去 Undo Log 中最新的數(shù)據(jù)行進(jìn)行比對(duì)，如果滿足下面 Read View 的判斷條件，則返回當(dāng)前行的數(shù)據(jù)，如果不滿足則繼續(xù)查找 Undo Log 的下一行數(shù)據(jù)，直到找到滿足的條件的數(shù)據(jù)為止，如果查詢完沒(méi)有滿足條件的數(shù)據(jù)，則返回 NULL。

判斷規(guī)則

trx_id==creator_trx_id：先將 Undo Log 最新數(shù)據(jù)行中的 trx_id 和 ReadView 中的 creator_trx_id 進(jìn)行對(duì)比，如果他們兩個(gè)值相同，則說(shuō)明是在同一個(gè)事務(wù)中執(zhí)行，那么直接返回當(dāng)前 Undo Log 的數(shù)據(jù)行即可，如果不相等，則繼續(xù)下面流程。
trx_id<min_trx_id：如果 trx_id 小于 min_trx_id，則說(shuō)明在執(zhí)行查詢時(shí)，其他事務(wù)已經(jīng)提交此行數(shù)據(jù)了，那么直接返回此行數(shù)據(jù)即可，如果大于等于，則繼續(xù)下面流程。
trx_id>max_trx_id：如果 trx_id 如果大于等于 max_trx_id，則說(shuō)明該行數(shù)據(jù)比當(dāng)前操作執(zhí)行的晚，當(dāng)前行數(shù)據(jù)不可見(jiàn)，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)流程。
min_trx_id<=trx_id<max_trx_id：trx_id 在 min_trx_id 和 max_trx_id 之間還分為以下兩種情況：
trx_id 在 m_ids 中：說(shuō)明事務(wù)尚未執(zhí)行完，該行數(shù)據(jù)不可被訪問(wèn)。

trx_id 未在 m_ids 中：說(shuō)明事務(wù)已經(jīng)執(zhí)行完，可以返回該行數(shù)據(jù)。

以上判斷規(guī)則從 Undo Log 最新的行數(shù)據(jù)，逐行對(duì)比，直到找到匹配的數(shù)據(jù)，否則查詢完未匹配上，則返回 NULL。

小結(jié)

MVCC 的實(shí)現(xiàn)主要依賴讀視圖 Read View 和 Undo Log 鏈，通過(guò) Read View 中的 4 個(gè)字段，判斷要讀取 Undo Log 中數(shù)據(jù)，從而解決了數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)訪問(wèn)中，數(shù)據(jù)一致性的問(wèn)題。

MVCC 主要應(yīng)用于 InnoDB 引擎中的 RC 事務(wù)隔離級(jí)別和 RR 隔離級(jí)別，其中 RC 隔離級(jí)別每次快照讀都會(huì)生成一個(gè)新的 Read View，而 RR 隔離級(jí)別只在第一次快照讀時(shí)生成 Read View，之后會(huì)復(fù)用 Read View，從而解決了（部分）幻讀問(wèn)題。

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