16.Mysql之MVCC浅谈03

1.前言

     Mysql的MVCC机制是Mysql中的重要的一环，其中也是经常在Mysql DBA面试中被问到，并且也是Innodb存储引擎(带有MVCC机制)和Myism存储引擎的一个很大的区别。

2. 什么是MVCC技术？

　　MVCC（Multi-Version Concurrency Control）即多版本并发控制，在高性能Mysql一书中介绍，MVCC的大多数事务型存储引擎实现都不是简单的行级锁，它们一般都实现了多版本并发控制，可以认为MVCC是行锁的一个变种，在很多情况下避免的加锁的操作，因此开销更低，实现对读的不阻塞，读不加锁，读写不冲突。缺点是每行记录需要额外的记录空间，需要做更多的维护工作和检查。

　　MVCC的实现是通过保存数据在某个时间点的快照来实现的，也就是说不管执行多长时间，每个事务看到的数据都是一致的，根据事务开始的时间点不同，每个事务对同一张表，同一时刻看到的数据都是不一样的，

3.MVCC具体实现原理？

　　MVCC具体实现原理主要是依赖记录中3个隐藏的字段、undo日志、以及Read View来实现的

　　3.1. 三个隐藏字段：在表中除了我们自定义的字段外，还包括DB_TRX_ID,DB_ROLL_PTR,DB_ROW_ID等字段

• 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_PTR：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, 既记录被更新或删除并不代表真的删除，而是删除flag变了　

如下图所示:　

前面的两列是用户自己定义的，后面的三列是Mysql数据库默认的隐藏列，其中，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_PTR是一个回滚指针，用于配合undo日志，指向上一个旧版本

　　3.2 undo日志

　　undo日志主要分为两种：

• 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：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

　　对undo有帮助的主要是：update undo log日志，它实际存在于rollback segment中旧的记录链表中，

　　执行流程如下(很重要):

　　比如一个有个事务插入persion表插入了一条新记录，记录如下，name为LiuYiFei, age为20岁，隐式主键是1，事务ID和回滚指针，我们假设为NULL,

　　

　　 现在来了一个事务1对该记录的name做出了修改，改为Tom (update person set name=Tom where  name='LiuYiFie')

• 在事务1对数据行进行修改时，首先数据库会对该数据行加一个排他锁
• 然后会把改行数据拷贝到undo log中，作为旧的记录，这样unlog 里面就会有了改行的副本
• 拷贝完毕之后，修改字段name有LiuYiFei-->Tom,并修改隐藏字段事务ID为当前事务为1的ID,这里默认从1开始，之后递增，回滚指针指向拷贝拷贝到undo log的副本记录，即表示我的上一个副本就是它。
• 事务提交，释放锁

如下图所示：

　　又来了个事务2修改person表的同一个记录，将age修改为30岁

• 在事务2对数据行进行修改时，首先数据库也会对该数据行加一个排他锁
• 然后把该行数据拷贝到undo log中，作为旧记录，发现该行记录已经有undo log了，那么最新的旧数据作为链表的表头，插在该行记录的undo log最前面
• 修改该行age为30岁，并且修改隐藏字段的事务ID为当前事务2的ID, 那就是2，回滚指针指向刚刚拷贝到undo log的副本记录
• 事务提交，释放锁

总结：

　　从上面，我们就可以看出，不同事务或者相同事务的对同一记录的修改，会导致该记录的undo log成为一条记录版本线性表，既链表，undo log的链首就是最新的旧记录，链尾就是最早的旧记录（当然就像之前说的该undo log的节点可能是会purge线程清除掉，向图中的第一条insert undo log，其实在事务提交之后可能就被删除丢失了，不过这里为了演示，所以还放在这里）

　　purge:

• 从前面的分析可以看出，为了实现InnoDB的MVCC机制，更新或者删除操作都只是设置一下老记录的deleted_bit，并不真正将过时的记录删除
• 为了节省磁盘空间，InnoDB有专门的purge线程来清理deleted_bit为true的记录。为了不影响MVCC的正常工作，purge线程自己也维护了一个read view（这个read view相当于系统中最老活跃事务的read view）;如果某个记录的deleted_bit为true，并且DB_TRX_ID相对于purge线程的read view可见，那么这条记录一定是可以被安全清除的。

　3.3 Read View(读视图)

　　　　什么是读视图？　　　　

　　　　说白了Read View就是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(当每个事务开启时，都会被分配一个ID, 这个ID是递增的，所以最新的事务，ID值越大)

　　　　

　　　　所以 Read View主要是用来做可见性判断的, 即当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

 

　　　　InnoDB为每个事务构造了一个数组，用来保存这是事务启动的瞬间，当前正在活跃的所有的事务ID，活跃指的是，事务启动了但是还没有提交。

　　　　这个数组里面的ID的最小值记为低水位，当前系统里面已经创建过的事务ID的最大值加1记为高水位。

　　　　这个视图数组和高水位，就组成了当前事务的一致性视图：

　　　　而数据版本的可见性规则，就是基于数据的trix_id和这个一致性视图做对比的结果得到的。
　　　　这个视图数组把所有的trx_id分成了三种情况：

 

　　　　

　　　　这样，对于当前事务的启动瞬间来说，一个数据版本的row trx_id，就会有三种情况：

• 如果落在绿色的部分，表示这个版本是已提交的事务或者是当前事务自己生成的是可见的
• 如果落在红色的部分，表明这个版本是由将来事务生成的，是肯定不可见的
• 如果落在黄色的部分，那么就包括两种情况：
  • 若row_trx_id在数组中，表示这个版本是由还没提交的事务生成的，不可见
  • 若row_trx_id不在这个数组中，表示这个版本是已经提交的事务生成的，可见。　　

 

 

　　　　当前读：　　　　

　　　　像select lock in share mode(共享锁), select for update ; update, insert ,delete(排他锁)这些操作都是一种当前读，为什么叫当前读？就是它读取的是记录的最新版本，读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录，会对读取的记录进行加锁。

　　　　快照读：

　　　　像不加锁的select操作就是快照读，即不加锁的非阻塞读；快照读的前提是隔离级别不是串行级别，串行级别下的快照读会退化成当前读；之所以出现快照读的情况，是基于提高并发性能的考虑，快照读的实现是基于多版本并发控制，即MVCC,可以认为MVCC是行锁的一个变种，但它在很多情况下，避免了加锁操作，降低了开销；既然是基于多版本，即快照读可能读到的并不一定是数据的最新版本，而有可能是之前的历史版本

　　　　总结：

　　　　说白了MVCC就是为了实现读-写冲突不加锁，而这个读指的就是快照读, 而非当前读，当前读实际上是一种加锁的操作，是悲观锁的实现