InnoDB的MVCC机制

向右看齐 2022-03-11 03:36 610阅读 0赞

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2017.08.08 20:36\* 字数 1851 阅读 1895评论 2喜欢 9

> 在讲解InnoDB的MVCC机制之前，我们应该了解MySQL所支持的事务,以及各个事务级别的区别和每一个事务级别所存在的问题。

### 1. 事务 ###

> 事务必须保证ACID，而ACID表示原子性、一致性、隔离性和持久性

1.1 事务的隔离级别

事务可以通过`start transaction`语句开始一个事务，然后要么使用`commit`提交事务将所修改的数据持久保存，要么使用`rollback`撤销所有修改

1.1.2 READ UNCOMMITTED （未提交读 RU）

在READ UNCOMMITTED级别，事务中的修改，即使没有提交，对其他事务也都是可见的。事务可以读取未提交的数据，这也被称为**脏读**。

1.1.3 READ COMMITTED （提交读 RC）

大多数的数据库系统的默认隔离级别都是READ COMMITTED（MySQL 不是）。READ COMMITTED满足前面提到的隔离级别的简单定义：一个事务开始时，只能“看见” 已提交的事务所做的修改。换句话说，一个事务从开始知道提交之前，所做的任何修改对其他事务都是不可见的。这个级别也叫**不可重复读**，因为在同一事务内执行两次相同的查询，可能会得到不一样的结果。

> 例子： 当事务的隔离级别在RC级别的时候，事务A和事务B同时对数据D操作，当事务A开始的时候，读取的数据D保存下来了，这是事务B也在修改数据D，并且先于事务A提交。这是事务A再读数据D的时候，就会出现前后不一致情况，这就是所谓的不可重复读。

1.1.4 REPEATABLE READ （可重复读 RR）

这是MySQL的默认事务隔离级别，它确保同一事务的多个实例在并发读取数据时，会看到同样的数据行。不过理论上，这会导致另一个棘手的问题：**幻读** （Phantom Read）。简单的说，幻读指当用户读取某一范围的数据行时，另一个事务又在该范围内插入了新行，当用户**再读**取该范围的数据行时，会发现有新的“幻影” 行。InnoDB和Falcon存储引擎通过多版本并发控制（MVCC，Multiversion Concurrency Control）机制解决了该问题。

> 例子：mysql的默认事务隔离级别是RR级别的，同样是上述例子，当时不同的是当事务A和事务B开始的时候，都保存一份自己的快照，每一份快照中都有数据D的值，所以这样在同一事务中，无论重读读多少次都是正确的。

> 例子：在RR级别中，可能出现幻读。同样是上述例子，事务A和事务B同时查询数据D，事务A发现数据D为空，就想插入数据，但是这是事务B已经插入了数据D并且已经提交。这时事务A的提交就会出错。这是因为事务A的写操作是*当前读*操作。

1.1.5 SERIALIZABLE （可串行化 S）

这是最高的隔离级别，它通过强制事务排序，使之不可能相互冲突，从而解决幻读问题。简言之，它是在每个读的数据行上加上共享锁。在这个级别，可能导致大量的超时现象和锁竞争。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>隔离级别</th> 
   <th>脏读可能性</th> 
   <th>不可重复可能性</th> 
   <th>幻读可能性</th> 
   <th>加锁读</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>READ UNCOMMITTED</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>READ COMMITTED</td> 
   <td>No</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>REPEATABLE READ</td> 
   <td>No</td> 
   <td>No</td> 
   <td>Yes</td> 
   <td>No</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SERIALIZABLE</td> 
   <td>No</td> 
   <td>No</td> 
   <td>No</td> 
   <td>Yes</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 2. MVCC机制 ###

InnoDB的**一致性的非锁定读**就是通过在MVCC实现的，Mysql的大多数事务型存储引擎实现的都不是简单的行级锁。基于提升并发性能的考虑，它们一般都同时实现了多版本并发控制（MVCC）。MVCC的实现，是通过保存数据在某一个时间点的快照来实现的。因此每一个事务无论执行多长时间看到的数据，都是一样的。所以MVCC实现可重复读。

*  快照读：select语句默认，不加锁，MVCC实现可重复读，使用的是MVCC机制读取undo中的已经提交的数据。所以它的读取是非阻塞的
 *  当前读：select语句加S锁或X锁；所有的修改操作加X锁，在select for update 的时候，才是当地前读。

*RR隔离级别下的快照读，不是以begin开始的时间点作为snapshot建立时间点，而是以第一条select语句的时间点作为snapshot建立的时间点。*

2.1. MVCC依赖数据

行记录隐藏字段

*  db\_row\_id，行ID，用来生成默认聚簇索引（**聚簇索引**，保存的数据在物理磁盘中按顺序保存，这样相关数据保存在一起，提高查询速度）
 *  db\_trx\_id，事务ID，新开始一个事务时生成，实例内全局唯一
 *  db\_roll\_ptr，undo log指针，指向对应记录当前的undo log
 *  deleted\_bit，删除标记位，删除时设置

undo log

*  用于行记录回滚，同时用于实现MVCC
    
     
    
    ![1000][]
    
    图片1.png

2.2 操作方式

1.  update

*  行记录数据写入undo log,事务的回滚操作就需要undo log
 *  更新行记录数据，当前事务ID写入db\_trx\_id，undo log指针写入db\_roll\_ptr

1.  delete

*  和update一样，只增加deleted\_bit设置

1.  insert

*  生成undo log
 *  插入行记录数据，当前事务ID写入db\_trx\_id， db\_roll\_ptr为空

这样设计使得读操作很简单，性能很好，并且也能保证只会读到符合标准的行，不足之处是每行记录都需要额外的储存空间，需要做更多的行检查工作，以及额外的维护工作

2.3 MVCC如何实现RR

*  RR定义：在一个事务内同一快照读执行任意次数，得到的数据一致；且只能读到第一次执行前已经提交的数据或本事务内更改的数据
 *  原理：对符合查询条件的记录进行**可见性判断**（*就是那些数据本事务可以看见，那些数据看不见*）
 *  read view：记录当前处于活动状态的所有事务ID，RR级别下，第一次快照读时创建，RC级别下，每次快照读均会创建新的
 *  缺点： 可能出现幻读

![526][]

图片2.png

![614][]

图片3.png

3 总结

在事务隔离级别为RC和RR级别下， InnnoDB存储引擎使用的才是多版本并发控制。然而，对于快照数据的定义却不相同。在RC事务隔离级别下，对于快照数据（undo端数据），总是读取被锁定行的最新的一份快照数据。而在RR事务隔离级别下，对于快照数据，多版本并发控制总是读取事务开始时的行数据。

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[1000]: /images/20220311/351df04c26c5453192b244e1b7f06620.png
[526]: /images/20220311/83bf4bbecafa4f57be0f7cf8093516d0.png
[614]: /images/20220311/33757d1517bf4a04b159525ca631f383.png