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MySql之MVCC

玉字璧 2022-04-06 阅读 94
java

        MVCC (Multiversion Concurrency Control) 中文全称叫多版本并发控制,是现代数据库(包括 MySQLOraclePostgreSQL 等)引擎实现中常用的处理读写冲突的手段,目的在于提高数据库高并发场景下的吞吐性能。

        如此一来,不同的事务在并发过程中,SELECT 操作可以不加锁而是通过 MVCC 机制读取指定的版本历史记录,并通过一些手段保证保证读取的记录值符合事务所处的隔离级别,从而解决并发场景下的读写冲突

下面举一个多版本读的例子,例如两个事务 A 和 B 按照如下顺序进行更新和读取操作

在事务 A 提交前后,事务 B 读取到的 x 的值是什么呢?答案是:事务 B 在不同的隔离级别下,读取到的值不一样。

  1. 如果事务 B 的隔离级别是读未提交(RU),那么两次读取均读取到 x 的最新值,即 20

  2. 如果事务 B 的隔离级别是读已提交(RC),那么第一次读取到旧值 10,第二次因为事务 A 已经提交,则读取到新值 20。

  3. 如果事务 B 的隔离级别是可重复读或者串行(RR,S),则两次均读到旧值 10,不论事务 A 是否已经提交。

可见在不同的隔离级别下,数据库通过 MVCC 和隔离级别,让事务之间并行操作遵循了某种规则,来保证单个事务内前后数据的一致性。

为什么需要 MVCC

     InnoDB 相比 MyISAM 有两大特点,一是支持事务二是支持行级锁,事务的引入带来了一些新的挑战。相对于串行处理来说,并发事务处理能大大增加数据库资源的利用率,提高数据库系统的事务吞吐量,从而可以支持可以支持更多的用户。但并发事务处理也会带来一些问题主要包括以下几种情况:

  1. 更新丢失(Lost Update):当两个或多个事务选择同一行,然后基于最初选定的值更新该行时,由于每个事务都不知道其他事务的存在,就会发生丢失更新问题 —— 最后的更新覆盖了其他事务所做的更新。如何避免这个问题呢,最好在一个事务对数据进行更改但还未提交时,其他事务不能访问修改同一个数据。

  2. 脏读(Dirty Reads):一个事务正在对一条记录做修改,在这个事务并提交前,这条记录的数据就处于不一致状态;这时,另一个事务也来读取同一条记录,如果不加控制,第二个事务读取了这些尚未提交的脏数据,并据此做进一步的处理,就会产生未提交的数据依赖关系。这种现象被形象地叫做 “脏读”。

  3. 不可重复读(Non-Repeatable Reads):一个事务在读取某些数据已经发生了改变、或某些记录已经被删除了!这种现象叫做“不可重复读”。

  4. 幻读(Phantom Reads):一个事务按相同的查询条件重新读取以前检索过的数据,却发现其他事务插入了满足其查询条件的新数据,这种现象就称为 “幻读”。

以上是并发事务过程中会存在的问题,解决更新丢失可以交给应用,但是后三者需要数据库提供事务间的隔离机制来解决。实现隔离机制的方法主要有两种:

  1. 加读写锁

  2. 一致性快照读,即 MVCC

但本质上,隔离级别是一种在并发性能和并发产生的副作用间的妥协,通常数据库均倾向于采用 Weak IsolationMVCC只在COMMITTED READ(读提交)和REPEATABLE READ(可重复读)两种隔离级别下工作。读未提交只需要读取最新数据,串行化的话,是单并发,不存在多并发的情形的;

MVCC 实现原理

版本链

对于使用InnoDB存储引擎的表来说,它的聚簇索引记录中都包含两个必要的隐藏列(row_id并不是必要的,我们创建的表中有主键或者非NULL唯一键时都不会包含row_id列):

  • trx_id:每次对某条聚簇索引记录进行改动时,都会把对应的事务id赋值给trx_id隐藏列。

  • roll_pointer:每次对某条聚簇索引记录进行改动时,都会把旧的版本写入到undo日志中,然后这个隐藏列就相当于一个指针,可以通过它来找到该记录修改前的信息。

比方说我们的表t现在只包含一条记录:

  1. mysql> SELECT * FROM t;

  2. +----+--------+

  3. | id | c |

  4. +----+--------+

  5. | 1 | 刘备 |

  6. +----+--------+

  7. 1 row in set (0.01 sec)

假设插入该记录的事务id为80,那么此刻该条记录的示意图如下所示:

image_1d6vemvvn1db6h431ekvsp158m19.png-15kB

假设之后两个id分别为100200的事务对这条记录进行UPDATE操作,操作流程如下:

image_1d6vfo4g814h019mj1jqb1ggu72o3j.png-106.5kB

每次对记录进行改动,都会记录一条undo日志,每条undo日志也都有一个roll_pointer属性(INSERT操作对应的undo日志没有该属性,因为该记录并没有更早的版本),可以将这些undo日志都连起来,串成一个链表,所以现在的情况就像下图一样:

image_1d6vfrv111j4guetptcts1qgp40.png-57.1kB

对该记录每次更新后,都会将旧值放到一条undo日志中,就算是该记录的一个旧版本,随着更新次数的增多,所有的版本都会被roll_pointer属性连接成一个链表,我们把这个链表称之为版本链,版本链的头节点就是当前记录最新的值。另外,每个版本中还包含生成该版本时对应的事务id这个信息很重要,我们稍后就会用到。

ReadView

对于使用 读未提交 隔离级别的事务来说,直接读取记录的最新版本就好了,对于使用 串行化 隔离级别的事务来说,使用加锁的方式来访问记录。对于使用 读已提交  可重复读 隔离级别的事务来说,就需要用到我们上边所说的版本链了。

ReadView所解决的问题是使用READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔离级别的事务中,不能读到未提交的记录,这需要判断一下版本链中的哪个版本是当前事务可见的。

        主要了解两部分:

1、读已提交 --- 每次读取数据前都生成一个ReadView

2、可重复读 ---在第一次读取数据时生成一个ReadView

总结

从上边的描述中我们可以看出来,所谓的MVCC(Multi-Version Concurrency Control ,多版本并发控制)指的就是在使用读已提交可重复读这两种隔离级别的事务在执行普通的SEELCT操作时访问记录的版本链的过程,这样子可以使不同事务的读-写写-读操作并发执行,从而提升系统性能。读已提交可重复读 这两个隔离级别的一个很大不同就是生成ReadView的时机不同,读已提交 在每一次进行普通SELECT操作前都会生成一个ReadView,而可重复读 只在第一次进行普通SELECT操作前生成一个ReadView,之后的查询操作都复用这个ReadView

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