MVCC最全详解(定义作用及实现原理)

什么是MVCC

MVCC全称是Multi Version Concurrency Control，翻译过来就是“多版本并发控制”。

多版本：多版本就是数据存在多个版本，多个事务在读取和修改时，会根据具体情况读取不同的版本。

并发控制：MVCC是一种并发控制的方法，通过维护一个数据的多个版本，减少读写操作的冲突。

 

MVCC的作用

如果没有MVCC，想要实现同一条数据的并发读写，就需要操作数据加读锁和写锁，这样就降低了数据库的并发性能。

有了MVCC，就相当于把同一份数据生成了多个版本，读写操作互不影响，提高了系统的并发性能。

 

MVCC的实现

MVCC的实现原理，主要是依赖每一行记录中：隐藏字段，undo log，版本链，ReadView。

如下图所示：

1.隐藏字段

每行记录，除了我们自定义的字段外，还有数据库隐式定义的DB_TRX_ID,DB_ROLL_PTR,DB_ROW_ID等字段。

• 隐藏主键（DB_ROW_ID）：在没有主键时，它会产生聚族索引；
• 事务ID（DB_TRX_ID）：每个事务都会有一个自增的ID，这里记录的是最新的事务ID；
• 回滚指针（DB_ROLL_PTR）：指向这条记录的上一个版本，多个修改会形成一个链表；

如下图所示：

2.undo log

undo log可以理解成回滚日志，它存储的是老版本数据。

在表记录修改之前，会先把数据拷贝到undo log里，如果事务回滚，即可以通过undo log来还原数据。

可以这样认为，当delete一条记录时undo log 中会记录一条对应的insert记录，当update一条记录时它记录一条对应相反的update记录。

undo日志主要分两种：

• insert undo log ：是在插入时记录的日志，用于回滚操作，提交后日志会被删除。
• update undo log : 是回滚操作所需要的，快照读取时也需要，在完全不需要时才可能被清理。

Undo log在MVCC中的应用场景主要涉及到读取已提交（Read Committed）和可重复读（Repeatable Read）隔离级别下的事务。

在这些隔离级别下，当一个事务正在修改数据时，其他事务需要读取事务之前的版本，这就涉及到使用undo log来提供一致性的读取。

 

3.版本链

版本链是MVCC实现并发控制的核心概念之一，它通过组织和维护数据的不同版本，为数据库系统提供了高度的并发性和事务隔离性。

比如：多个事务并行操作某一行数据时，不同事务对该行数据的修改会产生多个版本。

然后通过回滚指针（roll_pointer），连成一个链表，这个链表就称为版本链。

如下图所示：

版本链通常由多个版本组成，每个版本包含以下关键信息：

• 数据值： 版本所对应的实际数据。
• 版本号（Timestamp）： 表示版本的时间戳，用于确定版本在事务时间轴上的位置。
• 事务ID（Transaction ID）： 标识创建该版本的事务。
• 前一个版本的引用： 指向链中的前一个版本，形成版本链。

版本链在MVCC中是实现并发控制和事务隔离的关键，它使得不同事务可以并发地读取和写入数据，而不会产生读-写或写-写冲突。

 

3.ReadView

如果一个事务要查询行记录，需要读取哪个版本的行记录呢？ Read View 就是来解决这个问题的。

比如：当我们用select读取数据时，这一时刻的数据会有很多个版本，但我们并不知道读取哪个版本。

这时就靠readview来对我们进行读取版本的限制，通过readview我们才知道自己能够读取哪个版本。

ReadView重要的属性，如下：

• trx_ids: 当前系统中那些活跃(未提交)的读写事务ID, 它数据结构为一个List。
• low_limit_id: 目前出现过的最大的事务ID 1，即下一个将被分配的事务ID。
• up_limit_id: 活跃事务列表trx_ids中最小的事务ID，如果trx_ids为空，则up_limit_id 为 low_limit_id。
• creator_trx_id: 表示生成该 ReadView 的事务的 事务id。

如何查询一条记录

主要包含如下5大步骤：

1. 获取事务自己的版本号，即 事务ID；
2. 获取 Read View；
3. 查询得到的数据，然后 Read View 中的事务版本号进行比较；
4. 如果不符合 ReadView 规则， 那么就需要 UndoLog 中历史快照；
5. 最后返回符合规则的数据。

MVCC多版本控制就是通过 ：ReadView UndoLog 实现的，UndoLog 保存了历史快照，ReadView 规则帮助判断当前版本的数据是否可见。

 

MVCC的总结

MVCC是一种高效的并发控制机制，通过版本管理实现了对数据的并发访问和事务隔离。

它提供了更高的并发性能和更好的隔离级别，但也带来了一些额外的存储开销和实现复杂性。

在处理大量并发事务的数据库系统中，MVCC是一种常见且有效的并发控制策略。

mikechen

mikechen睿哥，10年+大厂架构经验，资深技术专家，就职于阿里巴巴、淘宝、百度等一线互联网大厂。

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