InnoDB 存储引擎对 MVCC 的实现详解
MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制）是 InnoDB 实现事务隔离级别和提高并发性能的关键机制。它允许数据库在 不加锁的情况下进行一致性读，提高读写并发性能。
一、什么是 MVCC？
MVCC 的核心思想：
- 每条记录（行）保留多个版本（通过隐藏列和 Undo Log）。
- 事务读取数据时，读取满足其 一致性视图（Read View） 的版本，而不是最新版本。
- 这样可以避免大部分读操作加锁，减少阻塞。
目标：
- 实现 快照读（非锁定读），提高并发性能。
- 保证事务隔离级别，特别是 READ COMMITTED 和 REPEATABLE READ。
二、InnoDB 实现 MVCC 的核心机制
InnoDB 的 MVCC 主要通过以下机制实现：
- 隐藏列
- Undo Log（回滚日志）
- Read View（读视图）
1. 隐藏列
InnoDB 每行记录都有两个隐藏列（实际上是三列）：
- DB_TRX_ID：最后修改该行的事务 ID。
- DB_ROLL_PTR：回滚指针，指向 Undo Log，记录旧版本。
- DB_ROW_ID（可选）：自增 ID（如果没有显式主键）。
2. Undo Log（回滚日志）
Undo Log 保存了 行数据的历史版本，用于：
- MVCC 版本链（保证一致性读）。
- 事务回滚。
版本链结构：
- 每次 UPDATE 或 DELETE，都会把 旧版本 写入 Undo Log，并用 回滚指针（DB_ROLL_PTR） 链接。
- 这样就形成一条 历史版本链。
示意图：
最新版本（当前行） → Undo Log V1 → Undo Log V2 → ...3. Read View（读视图）
Read View 是事务执行一致性读时创建的视图，决定事务可以“看到”哪些版本。
包含以下关键字段：
- m_ids：当前活跃事务 ID 列表。
- min_trx_id：活跃事务中最小的事务 ID。
- max_trx_id：下一个将分配的事务 ID。
- creator_trx_id：创建视图的事务 ID。
版本可见性规则：
- 如果版本的
DB_TRX_ID小于 min_trx_id → 可见（已提交）。 - 如果版本的
DB_TRX_ID大于 max_trx_id → 不可见（未开始）。 - 如果版本的
DB_TRX_ID在活跃事务列表中 → 不可见（未提交）。 - 否则，可见。
三、MVCC 的读取类型
1. 快照读（Snapshot Read）
- 普通
SELECT语句（无FOR UPDATE）。 - 不加锁，通过 MVCC 实现一致性读。
- 读取 事务开始时的快照。
2. 当前读（Current Read）
- 加锁读取：
SELECT ... FOR UPDATE/LOCK IN SHARE MODE/UPDATE/DELETE。 - 读取最新版本，并对记录加锁。
四、MVCC 与事务隔离级别的关系
READ COMMITTED（读已提交）
- 每次执行 SELECT 都生成新的 Read View。
- 可能出现 不可重复读。
REPEATABLE READ（可重复读）
- 事务启动时生成 Read View，整个事务期间复用。
- 解决不可重复读问题。
- InnoDB 默认隔离级别，结合 Next-Key Lock 可避免幻读。
五、MVCC 的工作流程示例
假设事务隔离级别为 REPEATABLE READ：
事务 A
START TRANSACTION;
SELECT * FROM account WHERE id = 1; -- 创建 Read View
事务 B
START TRANSACTION;
UPDATE account SET balance = 200 WHERE id = 1; -- 修改 DB_TRX_ID，写入 Undo Log
COMMIT;
事务 A 再次读取
SELECT * FROM account WHERE id = 1; -- 仍然读取旧版本（通过 Undo Log）
结果：
- A 看到的是事务开始时的版本。
- B 修改的新值对 A 不可见。
六、MVCC 版本链结构图
最新记录：balance = 200, DB_TRX_ID = 30, DB_ROLL_PTR -> V1
V1：balance = 100, DB_TRX_ID = 20, DB_ROLL_PTR -> NULL
-
事务 A 的 Read View：活跃事务 ID 列表 = [30]，min_trx_id = 20，max_trx_id = 31。
-
A 读取时发现：
- 最新版本（trx_id=30）在活跃事务列表中 → 不可见。
- 找 Undo Log V1（trx_id=20）→ 可见。
七、MVCC 的优缺点
优点
- 读操作不加锁，提高并发性能。
- 减少死锁风险。
缺点
- 需要维护 Undo Log，占用空间。
- 长事务可能导致 Undo Log 膨胀，影响性能。
八、面试高频问答
Q1：InnoDB 的 MVCC 是如何实现的？
- 通过 隐藏列（DB_TRX_ID、DB_ROLL_PTR）+ Undo Log + Read View。
- 使用版本链实现多版本控制。
Q2：快照读和当前读的区别？
- 快照读：普通 SELECT，使用 MVCC，不加锁。
- 当前读：UPDATE、DELETE、SELECT … FOR UPDATE，读取最新版本并加锁。
Q3：不同隔离级别下 Read View 什么时候创建？
- READ COMMITTED：每次 SELECT 都新建。
- REPEATABLE READ：事务第一次 SELECT 时创建并复用。
Q4：MVCC 如何解决不可重复读？
- 在 REPEATABLE READ 下，事务使用同一个 Read View，始终看到一致的版本。
Q5：幻读能通过 MVCC 解决吗？
- 不能完全解决，需要结合 Next-Key Lock。
九、总结
| 组件 | 作用 |
|---|---|
| 隐藏列 | 存储事务 ID 和 Undo Log 指针 |
| Undo Log | 保存旧版本数据，用于回滚和一致性读 |
| Read View | 定义事务可见版本，保证隔离性 |
关键点：
- MVCC 提供 高性能一致性读，减少锁竞争。
- 通过版本链 + Read View 实现事务隔离。
- Undo Log 膨胀问题需要控制长事务。