MySQL多版本並發控制MVCC實例分析

1.什麼是MVCC

MVCC (Multiversion Concurrency Control)，多版本並發控制。顧名思義，MVCC是透過資料行的多個版本管理來實現資料庫的並發控制。這項技術使得在InnoDB的交易隔離等級下執行一致性讀取.操作有了保證。換言之，就是為了查詢一些正在被另一個事務更新的行，並且可以看到它們被更新之前的值，這樣在做查詢的時候就不用等待另一個事務釋放鎖定。

MVCC沒有正式的標準，在不同的DBMS中MVCC的實作方式可能是不同的，也不是普遍使用的(大家可以參考相關的DBMS文件)。這裡講解InnoDB中MVCC的實作機制(MySQL其它的儲存引擎並不支援它)

2快照讀取與目前讀取

MVCC在MySQL InnoDB中的實作主要是為了提高資料庫並發效能，用更好的方式去處理讀-寫衝突，做到即使有讀寫衝突時，也能做到不加鎖，非阻塞並發讀，而這個讀指的就是快照讀,而不是目前讀。目前讀取其實是一種加鎖的操作，是悲觀鎖的實現。而MVCC本質是採用樂觀鎖思想的一種方式。

2.1 快照讀

快照讀又叫一致性讀，讀取的是快照資料。 不加鎖的簡單的SELECT都屬於快照讀，即不加鎖的非阻塞讀;比如這樣:

select * from player where ...

之所以出現快照讀的情況，是基於提高並發效能的考慮，快照讀取的實作是基於MVCC，它在許多情況下，避免了加鎖操作，降低了開銷。

既然是基於多個版本，那麼快照讀取可能讀到的並不一定是資料的最新版本，而有可能是先前的歷史版本。

快照讀取的前提是隔離級別不是串行級別，串行級別下的快照讀取會退化成當前讀取。

2.2目前讀

目前讀取讀取的是記錄的最新版本（最新數據，而不是歷史版本的數據)，讀取時還要保證其他並發事務不能修改當前記錄，會對讀取的記錄進行加鎖。加鎖的SELECT，或資料增刪改都會進行目前讀取。 例如:

3.複習

3.1 再談隔離等級

我們知道交易有4個隔離級別，可能有三種並發問題：

在MysQL 中，預設的隔離等級是可重複讀，可以解決髒讀和不可重複讀的問題，如果僅從定義的角度來看，它並不能解決幻讀問題。如果我們想要解決幻讀問題，就需要採用串列化的方式，也就是將隔離等級提升到最高，但這樣一來就會大幅降低資料庫的事務並發能力。

MVCC可以不採用鎖定機制，而是透過樂觀鎖的方式來解決不可重複讀取和幻讀問題!它可以在大多數情況下替代行級鎖，降低系統的開銷。

3.2 隱藏欄位、Undo Log版本鏈

回顧undo日誌的版本鏈，對於使用InnoDB儲存引擎的表來說，它的聚簇索引記錄中都包含兩個必要的隱藏列。

trx_id:每次一個交易對某條叢集索引記錄進行改變時，都會把該交易的交易id賦值給trx_id隱藏欄位。 roll_pointer:每次對某條聚簇索引記錄進行改動時，都會把舊的版本寫入到undo日誌中，然後這個隱藏列就相當於一個指針，可以透過它來找到該記錄修改前的信息。

#4、MVCC實作原理之ReadView

MVCC的實作依賴：隱藏欄位、Undo Log、Read View

4.1什麼是ReadView

在MVCC機制中，多個事務對同一行記錄進行更新會產生多個歷史快照，這些歷史快照保存在Undo Log裡。如果一個事務想要查詢這個行記錄，需要讀取哪個版本的行記錄呢?這時就需要用到ReadView了，它幫我們解決了行的可見性問題。

當交易使用MVCC機制進行快照讀取操作時，會產生一個讀取視圖，而這個視圖就是ReadView。當事務啟動時，會產生資料庫系統目前的快照，InnoDB為每個事務建構了一個數組，用來記錄並維護系統當前活躍事務的lD(“"活躍"指的就是，啟動了但還沒提交)。

4.2 設計想法

使用READ UNCOMMITTED隔離等級的事務，由於可以讀到未提交事務修改過的記錄，所以直接讀取記錄的最新版本就好了。

使用SERIALIZABLE隔離等級的事務，InnoDB規定使用加鎖的方式來存取記錄。

使用READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔離層級的事務，都必須保證讀到已經提交了的事務修改過的記錄。假如另一個事務已經修改了記錄但是尚未提交，是不能直接讀取最新版本的記錄的，核心問題就是需要判斷版本鏈中的哪個版本是當前事務可見的，這是ReadView要解決的主要問題。

這個ReadView中主要包含4個比較重要的內容，分別如下:

4.3 ReadView的規則

有了這個ReadView，這樣在存取某筆記錄時，只需要依照下邊的步驟判斷記錄的某個版本是否可見。

• 如果被存取版本的trx_id屬性值與ReadView中的creator_trx_id#值相同，意味著目前事務在存取它自己修改過的記錄，所以該版本可以被目前事務存取。

• #如果被存取版本的trx_id屬性值小於ReadView中的up_limit_id值，表示產生該版本的事務在目前事務產生ReadView前已經提交，所以該版本可以被目前事務存取。

• 如果被存取版本的trx_id屬性值大於或等於ReadView中的low_limit_id值，表示產生該版本的事務在目前事務產生ReadView後才開啟，所以該版本不可以被目前事務存取。

• 如果被存取版本的trx_id屬性值在ReadView的up_limit_id和low_limit_id之間，那就需要判斷trx_id屬性值是不是在trx_ids清單中。如果在，說明建立ReadView時產生該版本的事務還是活躍的，則該版本不可以被存取。如果不在，說明在建立ReadView時產生該版本的交易已經被提交，該版本可以被存取。 4.4 MVCC整體操作流程

了解了這些概念之後，我們來看下當查詢一筆記錄的時候，系統如何透過MVCC找到它：

• 1.先取得交易自己的版本號，也就是交易ID;

• 2．取得ReadView;

• 3．查詢所得到的數據，然後與ReadView中的事務版本號進行比較;

• #4.如果不符合Readview規則，就需要從Undo Log取得歷史快照;

• #5．最後傳回符合規則的資料。

如果某個版本的數據對當前事務不可見的話，那就順著版本鏈找到下一個版本的數據，繼續按照上邊的步驟判斷可見性，依此類推，直到版本鏈中的最後一個版本。如果最近版本不可見，則該記錄對該交易不可見，且查詢結果中不包含該記錄。在

InnoDB中，MVCC是透過Undo Log Read View進行資料讀取，Undo Log保存了歷史快照，而Read View規則幫我們判斷目前版本的資料是否可見。

在隔離層級為讀取已提交（Read Committed）時，一個交易中的每一次select查詢都會重新取得一次Read View。

當隔離等級為可重讀的時候，就避免了不可重複讀，這是因為一個交易只在第一次select的時候會取得一次Read View,而後面所有的select都會重複使用這個Read View,

如下：

5.舉例說明

假設現在student表中只有一筆由交易id為8的交易插入一筆記錄：

##MVCC只能在READ COMMITTED和REPEATABLE READ兩個隔離等級下運作。接下來看一下

READ COMMITTED和REPEATABLE READ所謂的生成Readview的時機不同到底不同在哪裡。

5.1 READ COMMITTED

#隔離等級下：

READ COMMITTED：每次讀取資料前都會產生一個ReadView

現在有兩個交易id分別為10、20的交易在執行：

說明:交易執行在過程中，只有在第一次真正修改記錄時（例如使用INSERT、DELETE、UPDATE語句)，才會被指派一個單獨的事務id，這個事務id是遞增的。所以我們才在事務2中更新一些別的表的記錄，目的是讓它分配事務id。

哈哈此刻，表student中id為1的記錄所得到的版本鍊錶如下所示：

假設現在有一個使用READ COMMITED隔離等級的交易開始執行：

#這個SELECT1的執行過程如下:

步驟1∶在執行SELECT語句時會先生成一個ReadView ，ReadView的trx_ids列表的內容就是[10，20]，up_limit_id為10, low_limit_id為21 , creator_trx_id為0。
步驟2:從版本鏈中挑選可見的記錄，從圖中看出，最新版本的列name的內容是'王五'，該版本的trx_id值為10，在trx_ids清單內，所以不符合可見性要求，根據roll_pointer跳到下一個版本。
步驟3:下一個版本的欄位name的內容是'李四'，該版本的trx_id值也是10，也在trx_ids清單內，所以也不符合要求，繼續跳到下一個版本。
步驟4:下一個版本的欄位name的內容是‘張三'，該版本的trx_id值為8，小於ReadView 中的up_limit_id值10，所以這個版本是符合要求的，最後回傳給使用者的版本就是這條列name為‘張三’的記錄。

之後，我們把交易id為10的交易提交一下:

##然後到

事務id為20的事務中更新一下表格student中id為1的記錄:

此時，表student中id為1的記錄的版本鏈就長這樣：

然後再到剛才使用READ COMMITTED隔離等級的交易中繼續找出id為1的記錄，

如下：

##這個SELECT2的執行流程如下:

步驟1∶

在執行SELECT語句時會又會單獨產生一個ReadView，該ReadView的trx_ids列表的內容就是[20]，up_limit_id為20， low_limit_id為21, creator_trx_id為0。 步驟2:
從版本鏈中挑選可見的記錄，從圖中看出，最新版本的列name的內容是‘宋八’，該版本的tr×_id值為20，在trx_ids列表內，所以不符合可見性要求，根據roll.pointer跳到下一個版本。 步驟3∶
下一個版本的列name的內容是’錢七’，該版本的trx_id值為20，也在trx_ids列表內，所以也不符合要求，繼續跳到下一個版本。 步驟4∶下一個版本的列name的內容是’王五’，該版本的trx_id值為10，小於ReadView中的up_limit.id值20，所以這個版本是符合要求的，最後返回給使用者的版本就是這條列name為’王五’的記錄。 以此類推，如果之後事務id為20的記錄也提交了，再次在使用READ CONMMITTED隔離級別的事務中查詢表student中id值為1的記錄時，得到的結果就是‘宋八&rsquo ;了，具體流程我們就不分析了。

5.2 REPEATABLE READ

在隔離等級下：

使用REPEATABLE READ隔離等級的交易來說，只會在第一次執行查詢語句時產生一個ReadView，之後的查詢就不會重複產生了。

例如，系統裡有兩個交易id分別為10、20的交易在執行:

此刻，表student中id为1的记录得到的版本链表如下所示:

假设现在有一个使用REPEATABLE READ隔离级别的事务开始执行:

此时执行过程与read committed相同

然后再到刚才使用REPEATABLE READ隔离级别的事务中继续查找id为1的记录，如下：

这个SELECT2的执行过程如下:

步骤1:因为当前事务的隔离级别为REPEATABLE READ，而之前在执行SELECT1时已经生成过ReadView了，所以此时直接复用之前的ReadView，之前的ReadView的trx_ids列表的内容就是[10，20]，up_limit_id为10, low_limit_id为21 , creator_trx_id为0。
步骤2:然后从版本链中挑选可见的记录，从图中可以看出，最新版本的列name的内容是’宋八’trx_id值为20，在trx_ids列表内，所以不符合可见性要求，根据roll_pointer跳到下一个版本。
步骤3:下一个版本的列name的内容是’钱七’，该版本的trx_id值为20，也在trx_ids列表内合要求，继续跳到下一个版本。
步骤4:下一个版本的列name的内容是’王五’，该版本的trx_id值为10，而trx_ids列表中是包含值为10的事务id的，所以该版本也不符合要求，同理下一个列name的内容是’李四’的版本也不符合要求。继续跳到下个版本。
步聚5∶下一个版本的列name的内容是’张三’，该版本的trx_id值为80，小于Readview中的up_limit_id值10，所以这个版本是符合要求的，最后返回给用户的版本就是这条列c为‘张三’的记录。
两次SELECT查询得到的结果是重复的，记录的列c值都是’张三’，这就是可重复读的含义。如果我们之后再把事务id为20的记录提交了，然后再到刚才使用REPEATABLE READ隔离级刷的事务中继续查找这个id为1的记录，得到的结果还是’张三’，具体执行过程大家可以自己分析一下。

5.3 如何解决幻读

假设现在表student中只有一条数据，数据内容中，主键id=1，隐藏的trx_id=10，它的undo log如下图所示。

假设现在有事务A和事务B并发执行，事务A的事务id为20，事务B的事务id为30。
步骤1:事务A开始第一次查询数据，查询的SQL语句如下。

select * from student where id > 1;

在开始查询之前，MySQL会为事务A产生一个ReadView，此时ReadView的内容如下: trx_ids=[20, 30 ] ,up_limit_id=20 , low_limit_id=31 , creator_trx_id=20。

因为表student只有一条符合条件 where id>=1 的数据，所以会被查询出来。然后根据ReadView机制，发现该行数据的trx_id=10，小于事务A的ReadView里up_limit_id，这表示这条数据是事务A开启之前，其他事务就已经提交了的数据，因此事务A可以读取到。

结论：事务A的第一次查询，能读取到一条数据，id=1。

步骤2∶接着事务B(trx_id=30)，往表student中新插入两条数据，并提交事务。

insert into student(id,name) values(2,'李四');
insert into student(id,name) values(3,'王五');

此时表student中就有三条数据了，对应的undo如下图所示：

步驟3∶接著事務A開啟第二次查詢，根據可重複讀取隔離等級的規則，此時事務A並不會再重新產生ReadView。此時表student中的3個資料都滿足 where id>=1的條件，因此會先查出來。然後根據ReadView機制，判斷每個資料是不是都可以被事務A看到。
1）首先 id=1的這條數據，前面已經說過了，可以被事務A看到。
2）接著是id=2的數據，它的trx_id=30，此時事務A發現，這個值處於up_limit_id和low_limit_id之間，因此還需要再判斷30是否處於trx_ids數組內。由於事務A的trx_ids=[20,30]，因此在數組內，這表示id=2的這條資料是與事務A在同一時刻啟動的其他事務提交的，所以這條資料不能讓事務A看到。
3)同理,id=3的這條資料, trx_id 也是30，因此也不能被事務A看見。

結論:最終交易A的第二次查詢，只能查詢出id=1的這條資料。這和事務A的第一次查詢的結果是一樣的，因此沒有出現幻讀現象，所以說在 MySQL的可重複續隔離等級下，不存在幻讀問題。

以上是MySQL多版本並發控制MVCC實例分析的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！