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一文彻底弄懂 MySQL 的 MVCC 多版本控制器

  • 2024-10-21
    福建
  • 本文字数:2373 字

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InnoDB 的 MVCC(Multi-Version Concurrency Control,多版本并发控制) 是 MySQL 实现高并发事务处理的一种机制。通过 MVCC,InnoDB 可以在高并发环境下支持 事务隔离,并提供 非阻塞的读操作,从而避免锁定所有读操作带来的性能瓶颈。MVCC 允许事务在不加锁的情况下读取数据,保证了性能和一致性。


一、MVCC 基础概念


MVCC 的核心思想是 通过保存数据的多个版本 来支持并发读写。每个事务在读取数据时看到的是某个数据的特定版本,而不是当前最新的值。这个机制依赖于 Undo Log,通过保存每一行记录的历史版本来支持多版本读取。(undolog)


  • 读写分离:MVCC 的主要特性是读取数据不阻塞写操作,写操作也不阻塞读取操作。实现了读写分离,提升了数据库并发处理能力。


  • 时间戳版本管理:每个事务都有一个唯一的 事务 ID(Transaction ID,简称 trx_id,InnoDB 使用事务 ID 来区分数据的不同版本。



二、MVCC 读操作的两种类型


  1. 快照读(Snapshot Read):读取的是历史版本的数据,是不加锁的普通读取操作。快照读是 MVCC 实现并发读的基础。比如 SELECT * FROM table WHERE id = 1;,执行的是不加锁的快照读操作。

  2. 当前读(Current Read):读取的是最新版本的数据,并加锁保证数据的一致性和事务隔离。当前读通常伴随着写操作。比如 SELECT * FROM table WHERE id = 1 FOR UPDATE;,执行的是加锁的当前读操作。


三、MVCC 的工作原理


InnoDB 通过 行版本控制 来管理数据的不同版本。每一行数据在 InnoDB 的行记录中都包含两个隐藏的字段:


  • trx_id:表示最后一次对该行进行修改的事务 ID。

  • roll_pointer:指向该行之前的版本(即 Undo Log 中的记录),通过该指针可以找到数据的历史版本。


1. 事务的开始与结束


  • 每个事务在开始时会生成一个唯一的事务 ID trx_id

  • 在事务读取数据时,InnoDB 会根据 MVCC 机制判断该事务应该看到哪个版本的数据,主要依赖于事务的隔离级别(如 Read Committed 或 Repeatable Read)。


2. 数据的修改与版本管理


当一个事务修改数据时,InnoDB 会将当前数据的旧版本保存到 Undo Log 中,并在数据行中更新最新的 trx_id 和 roll_pointer。这样即使数据被更新,其他未提交的事务依然可以通过 Undo Log 访问到旧版本的数据。


每行数据都会有多个历史版本,并通过 roll_pointer 链接到这些历史版本。


3. 版本链


版本链是基于 trx_id 和 roll_pointer 建立的,即每次修改数据时,会在 Undo Log 中存储旧版本,行记录会指向旧版本。版本链的结构如下:


最新记录 <-- trx_id_x --trx_id_y --trx_id_z... --> 历史版本
复制代码


当事务读取数据时,会根据事务的隔离级别、当前事务的 trx_id 以及数据的 trx_id 来决定应该读取哪个版本。


四、MVCC 与事务隔离级别的关系


InnoDB 的 MVCC 机制在不同的事务隔离级别下有不同的行为表现:


  1. Read Committed(读取已提交):事务只会看到其他事务已经提交的版本,每次查询都会读取最新的已提交数据。这种隔离级别下,事务间存在不可重复读问题。每次查询时,InnoDB 都会返回当前已经提交的最新版本数据。

  2. Repeatable Read(可重复读,MySQL 默认隔离级别):事务在整个过程中看到的是同一个版本快照的数据,即便有其他事务提交了新的数据,当前事务依然看到自己开始时的一致性快照。事务开始时,InnoDB 会为事务创建一个 一致性视图(consistent view),之后的所有查询都会返回该视图中的数据,保证了可重复读。


隔离级别与 MVCC 读方式的关系


  • Read Committed:每次读取都基于当前已经提交的最新版本,因此快照读是每次返回最新的数据。

  • Repeatable Read:快照读总是基于事务启动时的版本快照,因此即便其他事务提交了新的数据,当前事务依然看到的是旧数据,直到它自己提交。


五、MVCC 的实现细节


1. 事务 ID 与版本控制


InnoDB 使用事务 ID(trx_id)来区分不同事务对数据的修改。每次修改都会将当前事务的事务 ID 记录在该行数据的 trx_id 字段中。通过事务 ID,InnoDB 可以判断当前事务是否能够看到某一行数据的特定版本。


2. 一致性视图


一致性视图(Consistent Read View)是指当前事务只能看到事务启动时的数据快照,除非事务使用的是当前读。InnoDB 会根据当前事务的事务 ID 和一致性视图来确定读取哪一个版本的数据。


  • 对于快照读:根据事务的开始时间戳、其他事务的提交情况,来判断该事务看到的是哪个版本的数据。

  • 对于当前读:必须是最新的数据,InnoDB 会为当前事务加锁,防止其他事务修改或读取。


3. Undo Log 与 Rollback Segment


当一个事务修改数据时,InnoDB 会将原始的数据版本存入 Undo Log 中,Undo Log 中记录了数据的历史版本。通过 roll_pointer,InnoDB 可以在发生并发时,允许其他事务读取数据的旧版本。


六、MVCC 的实际应用场景


1. 电商系统的订单查询


在电商系统中,用户在事务 A 中查询订单时,订单数据可能会被其他事务修改或插入新记录。通过 MVCC,事务 A 查询时看到的订单数据是一致的,即便其他事务插入了新的订单,事务 A 依然能看到一个稳定的订单视图。


2. 金融系统的账户余额查询


在金融系统中,用户账户余额的查询需要确保每次查询得到的结果一致,即使账户余额在后台因某些事务而发生变化,用户也能看到一贯的账户信息,保证用户体验的一致性。MVCC 在这种场景下能保证高并发下的数据一致性。


七、总结


  • MVCC 是 InnoDB 实现高并发事务处理的重要机制,通过维护多版本数据和不加锁的快照读,解决了传统数据库加锁所带来的并发性能问题。

  • MVCC 结合事务的隔离级别,保证数据的 一致性 和 隔离性,使得 MySQL 在高并发场景下依然能保持较高的性能。

  • 通过事务 ID、Undo Log、一致性视图等机制,InnoDB 能够高效地管理事务间的数据访问,从而避免常见的并发读写问题,例如 幻读不可重复读 等。


文章转载自:lgx211

原文链接:https://www.cnblogs.com/lgx211/p/18486931

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