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什么是MVCC
全称Multi-Version Concurrency Control,即多版本并发控制
,主要是为了提高数据库的并发性能
。以下文章都是围绕InnoDB引擎来讲,因为myIsam不支持事务。
同一行数据平时发生读写请求时,会上锁阻塞
住。但mvcc用更好的方式去处理读—写请求,做到在发生读—写请求冲突时不用加锁
。
这个读是指的快照读
,而不是当前读
,当前读是一种加锁操作,是悲观锁
。
那它到底是怎么做到读—写不用加锁
的,快照读
和当前读
又是什么鬼,跟着你们的贴心老哥
,继续往下看。
当前读、快照读都是什么鬼
什么是MySQL InnoDB下的当前读和快照读?
当前读
它读取的数据库记录,都是当前最新
的版本
,会对当前读取的数据进行加锁
,防止其他事务修改数据。是悲观锁
的一种操作。
如下操作都是当前读:
select lock in share mode (共享锁)
select for update (排他锁)
update (排他锁)
insert (排他锁)
delete (排他锁)
串行化事务隔离级别
快照读
快照读的实现是基于多版本
并发控制,即MVCC,既然是多版本,那么快照读读到的数据不一定是当前最新的数据,有可能是之前历史版本
的数据。
如下操作是快照读:
不加锁的select操作(注:事务级别不是串行化)快照读与mvcc的关系
MVCCC
是“维持一个数据的多个版本,使读写操作没有冲突”的一个抽象概念
。
这个概念需要具体功能去实现,这个具体实现就是快照读
。(具体实现下面讲)
听完贴心老哥
的讲解,是不是瞬间茅厕顿开
。
数据库并发场景
读-读
:不存在任何问题,也不需要并发控制
读-写
:有线程安全问题,可能会造成事务隔离性问题,可能遇到脏读,幻读,不可重复读
写-写
:有线程安全问题,可能会存在更新丢失问题,比如第一类更新丢失,第二类更新丢失
MVCC解决并发哪些问题?
mvcc用来解决读—写冲突的无锁并发控制,就是为事务分配单向增长
的时间戳
。为每个数据修改保存一个版本
,版本与事务时间戳相关联
。
读操作只读取
该事务开始前
的数据库快照
。
解决问题如下:
并发读-写时
:可以做到读操作不阻塞写操作,同时写操作也不会阻塞读操作。
解决脏读
、幻读
、不可重复读
等事务隔离问题,但不能解决上面的写-写 更新丢失
问题。
因此有了下面提高并发性能的组合拳
:
MVCC + 悲观锁
:MVCC解决读写冲突,悲观锁解决写写冲突
MVCC + 乐观锁
:MVCC解决读写冲突,乐观锁解决写写冲突
MVCC的实现原理
它的实现原理主要是版本链
,undo日志
,Read View
来实现的
版本链
我们数据库中的每行数据,除了我们肉眼看见的数据,还有几个隐藏字段
,得开天眼
才能看到。分别是db_trx_id
、db_roll_pointer
、db_row_id
。
db_trx_id
6byte,最近修改(修改/插入)事务ID
:记录创建
这条记录/最后一次修改
该记录的事务ID
。
db_roll_pointer(版本链关键)
7byte,回滚指针
,指向这条记录
的上一个版本
(存储于rollback segment里)
db_row_id
6byte,隐含的自增ID
(隐藏主键),如果数据表没有主键
,InnoDB会自动以db_row_id产生一个聚簇索引
。
实际还有一个删除flag
隐藏字段, 记录被更新
或删除
并不代表真的删除,而是删除flag
变了
如上图,db_row_id
是数据库默认为该行记录生成的唯一隐式主键
,db_trx_id
是当前操作该记录的事务ID
,而db_roll_pointer
是一个回滚指针
,用于配合undo日志
,指向上一个旧版本
。
每次对数据库记录进行改动,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:
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,在根据ReadView判断版本可见性的时候会用到。
undo日志
Undo log 主要用于记录
数据被修改之前
的日志,在表信息修改之前先会把数据拷贝到undo log
里。
当事务
进行回滚时
可以通过undo log 里的日志进行数据还原
。
Undo log 的用途
保证事务
进行rollback
时的原子性和一致性
,当事务进行回滚
的时候可以用undo log的数据进行恢复
。
用于MVCC快照读
的数据,在MVCC多版本控制中,通过读取undo log
的历史版本数据
可以实现不同事务版本号
都拥有自己独立的快照数据版本
。
undo log主要分为两种:
insert undo log
代表事务在insert新记录时产生的undo log , 只在事务回滚时需要,并且在事务提交后可以被立即丢弃
update undo log(主要)
事务在进行update或delete时产生的undo log ; 不仅在事务回滚时需要,在快照读时也需要;
所以不能随便删除,只有在快速读或事务回滚不涉及该日志时,对应的日志才会被purge线程统一清除
Read View(读视图)
事务进行快照读
操作的时候生产的读视图
(Read View),在该事务执行的快照读的那一刻,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
(没有commit,当每个事务开启时,都会被分配一个ID, 这个ID是递增的,所以越新的事务,ID值越大),是系统中当前不应该被本事务
看到的其他事务id列表
。
Read View主要是用来做可见性
判断的, 即当我们某个事务
执行快照读
的时候,对该记录创建一个Read View读视图,把它比作条件用来判断当前事务
能够看到哪个版本
的数据,既可能是当前最新
的数据,也有可能是该行记录的undo log里面的某个版本
的数据。
Read View几个属性
trx_ids
: 当前系统活跃(未提交
)事务版本号集合。
low_limit_id
: 创建当前read view 时“当前系统最大事务版本号
+1”。
up_limit_id
: 创建当前read view 时“系统正处于活跃事务最小版本号
”
creator_trx_id
: 创建当前read view的事务版本号;
Read View可见性判断条件
db_trx_id
< up_limit_id
|| db_trx_id
== creator_trx_id
(显示)
如果数据事务ID小于read view中的最小活跃事务ID
,则可以肯定该数据是在当前事务启之前
就已经存在
了的,所以可以显示
。
或者数据的事务ID
等于creator_trx_id
,那么说明这个数据就是当前事务自己生成的
,自己生成的数据自己当然能看见,所以这种情况下此数据也是可以显示
的。
db_trx_id
>= low_limit_id
(不显示)
如果数据事务ID大于read view 中的当前系统的最大事务ID
,则说明该数据是在当前read view 创建之后才产生
的,所以数据不显示
。如果小于则进入下一个判断
db_trx_id
是否在活跃事务
(trx_ids)中
不存在
:则说明read view产生的时候事务已经commit
了,这种情况数据则可以显示
。
已存在
:则代表我Read View生成时刻,你这个事务还在活跃,还没有Commit,你修改的数据,我当前事务也是看不见的。
MVCC和事务隔离级别
上面所讲的Read View
用于支持RC
(Read Committed,读提交)和RR
(Repeatable Read,可重复读)隔离级别
的实现
。
RR、RC生成时机
RC
隔离级别下,是每个快照读
都会生成并获取最新
的Read View
;
而在RR
隔离级别下,则是同一个事务中
的第一个快照读
才会创建Read View
, 之后的
快照读获取的都是同一个Read View
,之后的查询就不会重复生成
了,所以一个事务的查询结果每次都是一样的
。
解决幻读问题
快照读
:通过MVCC来进行控制的,不用加锁。按照MVCC中规定的“语法”进行增删改查等操作,以避免幻读。
当前读
:通过next-key锁(行锁+gap锁)来解决问题的。
RC、RR级别下的InnoDB快照读区别
在RR级别下的某个事务的对某条记录的第一次快照读会创建一个快照及Read View, 将当前系统活跃的其他事务记录起来,此后在调用快照读的时候,还是使用的是同一个Read View,所以只要当前事务在其他事务提交更新之前使用过快照读,那么之后的快照读使用的都是同一个Read View,所以对之后的修改不可见;
即RR级别下,快照读生成Read View时,Read View会记录此时所有其他活动事务的快照,这些事务的修改对于当前事务都是不可见的。而早于Read View创建的事务所做的修改均是可见
而在RC级别下的,事务中,每次快照读都会新生成一个快照和Read View, 这就是我们在RC级别下的事务中可以看到别的事务提交的更新的原因
总结
从以上的描述中我们可以看出来,所谓的MVCC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
。
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