2020年06月29日阅读 28

MySQL 中你必须要懂的 MVCC

前言

MySQL 是目前流行的开源数据库之一，各大公司都使用 MySQL 作为自家的关系型数据库，但是 MySQL 作为一个数据库而言，基本使用是非常简单的，只要会一点点建表语句（可以使用工具建表），一点点查询语句就可以使用 MySQL 来存储数据了。

这种没有灵魂的操作，对于很多初学者来说也许已经是家常便饭了。但是对于一些已经有开发经验的人来说，这是远远不够的。你必须要学习很多数据库相关的知识，而这一篇就是彻底来剖析 MySQL 中的 MVCC 是如何实现的。

看完这篇文章，你就可以知道各种隔离级别之下，MVCC 的作用是什么？MVCC 在什么时候会使用？怎么使用？

示例表

CREATE TABLE `test`.`Untitled`  (
  `id` int(10) UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `phone` char(11) NOT NULL,
  `name` varchar(255) NOT NULL,
  `age` int(3) NOT NULL,
  `country` varchar(255) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
  UNIQUE INDEX `uk_phone`(`phone`) USING BTREE,
  INDEX `idx_name`(`name`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1 CHARACTER SET = utf8mb4 COLLATE = utf8mb4_general_ci ROW_FORMAT = Dynamic;
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insert into person values (null, '1351111111', 'any', 20, '蜀');
insert into person values (null, '1351111112', 'bat', 21, '吴');
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MVCC

MVCC 是无锁操作的一种实现方式，无锁就是没有锁。无锁能够大幅度提高数据库的并发性。它最基本的表现形式就是一致性非锁定读，通过 MVCC （多版本并发控制）来实现。MVCC 主要又是依靠 Read View 来实现的。

在数据库中的每一条记录实际都会存在三个隐藏列：

DB_TRX_ID：该列表示此记录的事务 ID
DB_ROLL_PTR：该列表示一个指向回滚段的指针，实际就是指向该记录的一个版本链
DB_ROW_ID：记录的 ID，如果有指定主键，那么该值就是主键。如果没有主键，那么就会使用定义的第一个唯一索引。如果没有唯一索引，那么就会默认生成一个值。

start transaction;
update person set age = 22 where id = 1;
update person set name = 'out' where id = 1;
commit;
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当执行完上面两条语句之后，但是还没有提交事务之前，它的版本链如下图所示：

而 Read View 是用来判断每一个读取语句有资格读取版本链中的哪个记录。所以在在读取之前，都会生成一个 Read View。然后根据生成的 Read View 再去读取记录。

在事务中，只有执行插入、更新、删除操作时才会分配到一个事务 id。如果事务只是一个单纯的读取事务，那么它的事务 id 就是默认的 0。

Read View 的结构如下：

rw_trx_ids：表示在生成 Read View 时，当前活跃的读写事务数组。
min_trx_id：表示在生成 Read View 时，当前已提交的事务号 + 1，也就是在 rw_trx_ids 中的最小事务号。
max_trx_id：表示在生成 Read View 时，当前已分配的事务号 + 1，也就是将要分配给下一个事务的事务号。
curr_trx_id：创建 Read View 的当前事务 id。

MySQL 会根据以下规则来判断版本链中的哪个版本（记录）是在事务中可见的：

trx_id < min_trx_id，那么该记录则在当前事务可见，因为修改该版本记录的事务在当前事务生成 Read View 之前就已经提交。
trx_id in (rw_trx_ids)，那么该记录在当前事务不可见，因为需改该版本记录的事务在当前事务生成 Read View 之前还未提交。
trx_id > max_trx_id，那么该记录在当前事务不可见，因为修改该版本记录的事务在当前事务生成 Read View 之前还未开启。
trx_id = curr_trx_id，那么该记录在当前事务可见，因为修改该版本记录的事务就是当前事务。

例如：

我们首先步骤 1 中开启了一个读取事务，因为它是一个只读事务，所以它的事务 id 为 0（以下简称事务 0）。紧接着我们在事务 0 中查询 id 为 1 的记录。此时，版本链如下：

注意：跟红色表头连接在一起的记录都是在 B+ 树中的，而通过 roll_ptr 指针连接的记录都是存在于 undo log 中的。以下的所有版本链都是这种形式。

READ UNCOMMITTED

该隔离级别不会使用 MVCC。它只要执行 select，那么就会获取 B+ 树上最新的记录。而不管该记录的事务是否已经提交。

READ COMMITTED

在 READ COMMITTED 隔离级别下，会使用 MVCC。在开启一个读取事务之后，它会在每一个 select 操作之前都生成一个 Read View。

因为步骤 2 中的 select 读取时，没有活跃的事务，也就表明所有的事务都是已经提交了的。所以它能读取到第一条记录。

执行步骤 3，开启一个新的事务，事务 id 为 101（以下检测事务 101）。

执行步骤 4，它修改了 id 为 1 的记录，此时版本链将会变为如下：

执行步骤 5，事务 0 执行了一个 select 操作，事务 0 会生成一个 Read View。Read View 的值如下：

我们根据上面对版本链中的记录可见性规则：

版本链中的第一条记录，它的 trx_id 不小于 min_trx_id，所以该记录不可见。
版本链中的第二条记录，它的 trx_id 小于 min_trx_id，所以该记录可见。

所以对于此次的查询，它能获得的记录就是：

事务 101 在步骤 5 中执行了一个更新操作，执行步骤 6，提交该事务之后，版本链如下：

执行步骤 7，我们在事务 0 中执行一次 select 查询，因为我们的隔离级别是 READ COMMITTED，所以此次查询也会生成一个 Read View。该 Read View 的值如下：

然后根据版本链可见性规则：

因为没有活跃的事务，可知所有事务都已经提交，所以 rw_trx_ids 为空。
版本链第 1 条记录，它的 trx_id 小于 min_trx_id，所以此记录可见。

那么这次的查询可以得到的记录如下所示：

在事务 0 执行完查询之后，我们又开启了一个事务 id 为 102 的新事务（以下简称事务 102），该事务也对 id 为 1的记录进行了更新。

步骤 9 中的查询自行分析。我们直接给出事务 102 执行完两条更新语句的最终版本链：

执行步骤 11，根据版本链可见性规则，它能获取到的记录：

REPEATABLE READ

实际上，REPEATABLE READ 与 READ COMMITTED 的区别只有在生成 Read View 的时机上。

READ COMMITTED 是在每次执行 select 操作时，都会生成一个新的 Read View。而 REPEATABLE READ 只会在第一次执行 select 操作时生成一个 Read View，直到该事务提交之前，所有的 select 操作都是使用第一次生成的 Read View。

我们重新执行一下表中的步骤。

首先，执行到步骤 2，事务 0 开启了事务之后，并执行一次 select 查询。此时会生成一个 Read View。该 Read View 的结构如下：

生成的 Read View 将会一直使用，直到事务 0 提交。

所以，尽管后面的开启了两个事务，并且对记录进行修改，使得最终的版本链变为如下所示：

但是事务 0 依然只能读取到最开始的那条记录，也就是：

不管事务 0 在任何时候执行 select * from person where id = 1; 读取记录，那么它都只会使用第一次生成的 Read View 在版本链中选择可以读取的记录。

SERIALIZABLE

该隔离级别不会使用 MVCC。如果使用的是普通的 select 语句，它会在该语句后面加上 lock in share mode，变为一致性锁定读。假设一个事务读取一条记录，其他事务对该记录的更改都会被阻塞。假设一个事务在更改一条记录，其他事务对该记录的读取都会被阻塞。

在该隔离级别下，读写操作变为了串行操作。

总结

通过上面的文章，我们可以知道在 READ COMMITTED 和 REPEATABLE READ 隔离等级之下才会使用 MVCC。

但是 READ COMMITTED 和 REPEATABLE READ 使用 MVCC 的方式各不相同：

READ COMMITTED 是在每次执行 select 操作时都会生成一次 Read View。
REPEATABLE READ 只有在第一次执行 select 操作时才会生成 Read View，后续的 select 操作都将使用第一次生成的 Read View。

而 READ UNCOMMITTED 和 SERIALIZABLE 隔离级别不会使用 MVCC。

它们的读取操作也不相同：

READ UNCOMMITTED 每次执行 select 都会去读最新的记录。
SERIALIZABLE 每次执行 select 操作都会在该语句后面加上 lock in share mode，使 select 变为一致性锁定读，将读写进行串行化。

作者：奋斗的小皇帝

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