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MySQL学习笔记（三）——MVCC

发表于

MVCC只在提交读和可重复读两个隔离级别中使用。

版本链

对于使用InnoDB存储引擎的表来说，它的聚簇索引记录中都包含两个必要的隐藏列（row_id并不是必要的，我们创建的表中有主键或者非NULL唯一键时都不会包含row_id列）

trx_id：每次对某条聚簇索引记录进行改动时，都会把对应的事务id赋值给trx_id隐藏列。
roll_pointer：每次对某条聚簇索引记录进行改动时，都会把旧的版本写入到undo日志中，然后这个隐藏列就相当于一个指针，可以通过它来找到该记录修改前的信息。

假设插入该记录的事务id为80，那么此刻该条记录的示意图如下所示：

mvcc

假设之后两个id分别为100，200的事务对这条记录进行UPDATE操作，操作流程如下：

mvcc2

因为排他锁，不能同时在两个事务里更新同一条记录。所以每个事务更新完记录后必须提交其他事务才能更新。

每次对记录进行改动，都会记录一条undo日志，每条undo日志也都有一个roll_pointer属性（INSERT操作对应的undo日志没有该属性，因为该记录并没有更早的版本），可以将这些undo日志都连起来，串成一个链表，所以现在的情况就像下图一样：

mvcc3

对该记录每次更新后，都会将旧值放到一条undo日志中，就算是该记录的一个旧版本，随着更新次数的增多，所有的版本都会被roll_pointer属性连接成一个链表，我们把这个链表称之为版本链，版本链的头节点就是当前记录最新的值。另外，每个版本中还包含生成该版本时对应的事务id，这个信息很重要，我们稍后就会用到。

ReadView

对于使用未提交读（READ UNCOMMITTED）的隔离级别的事务来说，直接读取记录的最新版本就好了，对于使用串行化（SERIALIZABLE）隔离级别的事务来说，使用的是全部加锁的策略。使用提交读（READ COMMITTED）和可重复（READ COMMITTED）的隔离级别事务就就要用到版本链来实现快照读了。需要解决的核心问题是读-写冲突的问题。并判断版本链中的那个版本对当前事务是可见的。这就引出了ReadView的概念。

ReadView 主要包含当前系统中还有那些活跃的读写事务，把这些事务id放到一个列表中，将该列表命名为m_ids。所以我们在开启一次会话进行SQL读写时，开始事务时生成readview，会将当前系统中正在执行的写事务写入到m_ids列表中，另外还会存储两个值。

  • min_trx_id：该值代表生成readview时m_ids中的最小值。
  • max_trx_id：该值代表生成readview时系统中应该分配给下一个事务的id值。

所以判断记录对该事务可见性的步骤如下：

  • 如果记录的trx_id列小于min_trx_id，说明肯定可见
  • 如果记录的trx_id列大于max_trx_id，说明肯定不可见
  • 如果记录的trx_id列在min_trx_id和max_trx_id之间，就看该trx_id在不在m_ids列表中，如果在，说明不可见，否则可见。

如果某个版本的数据对当前事务不可见的话，那就顺着版本链找到下一个版本的数据，继续按照上边的步骤判断可见性，依此类推，直到版本链中的最后一个版本，如果最后一个版本也不可见的话，那么就意味着该条记录对该事务不可见，查询结果就不包含该记录。

在MySQL中，READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔离级别的的一个非常大的区别就是它们生成ReadView的时机不同，

MVCC下版本链的访问过程

READ COMMITED ——每次读取数据前都生成一个ReadView

比方说现系统中有两个id分别是1，2的事务在执行：

1
2
3
4
5
#Transaction 100
start transaction;
update test_table set name = 'Aa' where id = 1;
update test_table set name = 'Aaa' where id = 1;

1
2
3
#Transaction 200
start transaction;
# 更新了一些别的表的记录

事务在执行过程中，只有第一次修改记录时，比如使用insert，delete，update语句的时候，才会被分配一个单独的事务id，这个id是递增的。

此时，表格test_table中id为1的记录得到一个版本链表如下所示：

mvcc4

假设现有一个使用提交读隔离级别的事务开始执行：

1
2
3
# transaction 100,200未提交
start transaction;
select * from test_table where id = 1;#得到的name值是a

该select执行过程如下：

  • 在执行select语句时会先生成一个ReadView，ReadView的m_ids列表内容就是[100,200],ReadView的min_trx_id的值100，max_trx_id值为300。

  • 然后从版本链中挑选可见的记录，上图可以看到链条有三个节点，最新版本的内容是’Aaa’，该版本的trx_id值为100，在min_trx_id和max_trx_id之间，然后在看trx_id是否在m_ids列表中，发现在，所以该版本不能对当前事务可见。

  • 下一个版本的列name内容是’Aa’,该版本的trx_id值也为100，和上一个版本的情况一致，所以依然不符合可见性要求。

  • 下一个版本的列name内容是’a’,该版本的trx_id值为80，小于min_trx_id的事务id100，所以这个版本是符合要求的，最后返回给这个事务的版本就是这条name值为’a‘的记录。

之后，我们把事务id为100的事务提交以下，

1
2
3
4
5
#Transaction 100
start transaction;
update test_table set name = 'Aa' where id = 1;
update test_table set name = 'Aaa' where id = 1;
commit;

在事务id为200的事务中更新以下id为1的记录

1
2
3
4
5
6
#Transaction 200
start transaction;
# 更新了一些别的表的记录
update test_table set name = 'Aaaa' where id = 1;
update test_table set name = 'Aaaaa' where id = 1;

此时表test_table中id为1的记录版本链长下面这样：

mvcc5

再到刚才的事务中继续查找这个id为1的记录，如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
# 新开的一个客户端字段
# 使用READ COMMITTED隔离级别的事务
start transaction;

# SELECT1：Transaction 100、200均未提交
select * from test_table where id = 1;#得到的name值是a

# SELECT2：Transaction 100提交，Transaction 200未提交
select * from test_table where id = 1;#得到的name值是Aaa

该select2的执行过程如下：

  • 在执行select语句时会先生成一个ReadView，ReadView的m_ids列表内容是[200]（事务id为100的事务已经提交了）
  • 然后从版本链中查找可见的记录，从途中看出，最新版本的name内容是‘Aaaaa’，该版本的trx_id值为200，在m_ids表内，所以不符合可见性要求，根据roll_pointer跳到下一个版本
  • 下一个版本的name值是‘Aaaa’，该版本的trx_id值是200，也在m_ids内，所以不符合要求，继续跳到下一个版本。
  • 下一个版本的name列内容是’Aaa‘，该版本的trx_id值是100，小于min_trx_id的事务id’200‘，所以这个版本是符合要求的，最后返回的结果就是这个name为‘Aaa’的版本。

一次类推，如果之后id为200的事务也提交了，如果再次使用提交读的事务查询这条记录，得到的结果就是‘Aaaaa’了，因为ReadView中id为200的事务已经不活跃了。使用提交读隔离级别的事务在每次查询的时候都会生成一个ReadView。

REPEATABLE READ ——在第一次读取数据时生成一个ReadViews

对于可重复读隔离级别的事务来说，只会在第一次执行查询语句的时候生成一个ReadView，之后的查询就不会重复生成了。

比如系统有两个id分别是100，200的事务在执行。

1
2
3
4
5
#Transaction 100
start transaction;
update test_table set name = 'Aa' where id =1;
update test_table set name = 'Aaa' where id =1;

1
2
3
4
# Transaction 200
start transaction;

# 更新一下其他表的记录

此刻，表test_table中id为1的记录得到的版本链如下所示：

mvcc4

假设现在有一个使用可重复读隔离级别的事务开始执行：

1
2
3
4
5
# 使用可重复读隔离级别的事务
start transaction；

# select1：transaction 100，200未提交
select * from test_table where id =1; #得到的name值为'a';

该select的执行过程如下：

  • 在执行select语句时会先生成一个ReadView，ReadView的m_ids列表内容是[100,200]，min_trx_id的值为100，max_trx_id值为300。
  • 从版本链中挑选可见的记录，从上图可看出最新版本name值为’Aaa’，该版本的trx_id值为100，在m_ids内，所以不符合可见性要求，根据roll_pointer跳到下一个版本。
  • 下一个版本的name内容是’Aa‘，该版本的trx_id值为100，依然在m_ids列表内，所以继续跳到下一个版本。
  • 下一个版本的name值是’a‘，该版本的trx_id值为80，小于ReadView的min_trx_id的值100，所以这个版本符合要求，将该版本作为结果返回。

之后，将id为100的事务提交一下。

1
2
3
4
5
#Transaction 100
start transaction;
update test_table set name = 'Aa' where id =1;
update test_table set name = 'Aaa' where id =1;
commit;

然后再到事务id为200的事务中更新一下表test_table中id为1的记录：

1
2
3
4
5
6
7
#Transaction 200
start transaction;

# 更新一些别的表记录

update test_table set name = 'Aaaa' where id =1;
update tests_table set name = 'Aaaaa' where id =1;

此刻，表中id为1的记录版本链长下面这样：

mvcc5

然后再到刚才使用可重复读隔离级别的事务中继续查找这个id为1的记录，如下：

1
2
3
4
5
6
7
start transaciton;

# select1：transaction100，200未提交
select * from test_table where id =1; #得到的name值为‘a’

# select2：tranaction100提交，200不提交
select * from test_table where id =1; #得到的name值为‘a’

该select执行过程和提交读的区别就是不再重新生成ReadView，无论100，200事务是否提交，m_ids列表值不变。自然还是找到了版本是‘a’的记录。

总结

所谓的MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制）指的就是在使用READ COMMITTD、REPEATABLE READ这两种隔离级别的事务在执行普通的SEELCT操作时访问记录的版本链的过程，这样子可以使不同事务的读-写、写-读操作并发执行，从而提升系统性能。READ COMMITTD、REPEATABLE READ这两个隔离级别的一个很大不同就是生成ReadView的时机不同，READ COMMITTD在每一次进行普通SELECT操作前都会生成一个ReadView，REPEATABLE READ只在第一次进行普通SELECT操作前生成一个ReadView，之后的查询操作都重复这个ReadView就好了。