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数据库MVCC

news 2025/9/27 5:51:28

MVCC

一、MVCC 是什么？

MVCC 的全称是 Multi-Version Concurrency Control，即多版本并发控制。

它是一种数据库管理技术，用于提高数据库在高并发场景下的性能。MVCC 通过在同一时刻保留数据行的多个版本，使得读操作（SELECT）不会阻塞写操作（UPDATE, DELETE），写操作也不会阻塞读操作。它完美解决了读写之间不必要的阻塞问题，极大地提升了并发能力。

MySQL 中 InnoDB 存储引擎的核心特性之一就是实现了 MVCC。

二、为什么需要 MVCC？—— 解决读写冲突

在没有 MVCC 的情况下，数据库通常通过锁来实现事务的隔离性。

  • 如果使用写锁（排他锁，X Lock），一个事务在写数据时，会阻塞其他事务的读和写。
  • 如果使用读锁（共享锁，S Lock），一个事务在读数据时，会阻塞其他事务的写，但允许其他事务读。

这种“锁”的方式虽然能保证数据的一致性，但并发性能很差，因为读和写是互斥的。

MVCC 提供了一种非锁的读（Consistent Nonlocking Read）方式。它让读操作去读一个快照版本，而写操作去创建一个新的版本。这样读和写操作的对象是不同的数据版本，因此可以并发执行，互不阻塞。

三、MVCC 的核心工作原理

MVCC 的实现依赖于三个核心概念和一个关键机制：

  1. 三个隐藏字段
  2. Undo Log（回滚日志）
  3. Read View（读视图）
1. 三个隐藏字段

InnoDB 为每一行数据都额外添加了三个用户看不到的隐藏字段：

  • DB_TRX_ID (6字节)：最后修改该数据行的事务ID。记录是哪个事务插入或修改了这行数据。
  • DB_ROLL_PTR (7字节)：回滚指针。指向该行数据在 Undo Log 中的上一个历史版本。它将所有版本的数据串联成一个版本链。
  • DB_ROW_ID (6字节)：行标识（隐藏主键）。如果表没有定义主键，InnoDB 会自动生成这个字段作为聚簇索引的键。
2. Undo Log (回滚日志)

Undo Log 保存了数据被修改前的旧版本数据。当执行 UPDATE 或 DELETE 操作时，旧版本的数据并不会被立刻删除或覆盖，而是会被拷贝到 Undo Log 中。

  • 每修改一次，就会在 Undo Log 中生成一条记录。
  • 通过 DB_ROLL_PTR 回滚指针，可以将当前记录的所有历史版本串联起来，形成一个版本链。链头是最新的记录，链尾是最老的记录。
3. Read View (读视图) - MVCC 的“快照”灵魂

Read View 是事务在进行快照读（普通SELECT）时产生的，它定义了当前事务能看到哪个版本的数据。

Read View 本质上是一个数据结构，主要包含以下关键信息：

  • m_ids：生成 Read View 时，系统中活跃的（未提交的）读写事务ID的集合。
  • min_trx_id：m_ids 集合中的最小值。
  • max_trx_id：生成 Read View 时，系统应该分配给下一个事务的ID。
  • creator_trx_id：创建这个 Read View 的当前事务的ID。

数据可见性规则：
当访问某一行数据时，MVCC 会从最新的版本开始，顺着版本链依次判断每个版本是否对当前事务可见。判断规则如下：

  1. 如果被访问版本的 DB_TRX_ID 小于 min_trx_id，说明该版本在 Read View 创建前就已提交，对当前事务可见。
  2. 如果被访问版本的 DB_TRX_ID 大于等于 max_trx_id，说明该版本在 Read View 创建后才生成，对当前事务不可见。需要顺着版本链继续找更老的版本。
  3. 如果被访问版本的 DB_TRX_ID 在 min_trx_id 和 max_trx_id 之间（min_trx_id <= trx_id < max_trx_id）：
    • 若 DB_TRX_ID 在 m_ids（活跃事务集合）中，说明创建该版本的事务当时还未提交，该版本不可见。
    • 若 DB_TRX_ID 不在 m_ids 中，说明创建该版本的事务当时已经提交，该版本可见。
  4. 如果当前记录版本的 DB_TRX_ID 等于 creator_trx_id，说明是这个事务自己修改的记录，对自己总是可见的。

一旦找到第一个对当前事务可见的版本，就返回这个版本的数据。

简单解释: Read View 就是 InnoDB 给每个快照读开的“时间戳发票”。

事务拿到这张发票后，整个事务期间都按这张发票上的规则，判断到底能看哪个“历史版本”的行记录。

发票一旦打印，内容就不会再变，所以 repeatable read 才能做到“可重复”。

1.发票长什么样（4 个字段）

字段名含义类比
m_ids开票瞬间，还没提交的所有事务编号黑名单
min_trx_id黑名单里最小的那个编号最早“坏人”
max_trx_id系统下一个要分配的事务编号“未来人”起点
creator_trx_id开票人自己的事务编号我自己
  1. 拿到发票后怎么“验货”

对每条记录的每个版本（顺着 undo 链从头走到尾）：

  1. 版本太老（DB_TRX_ID < min_trx_id）
    → 坏人名单里都没它，说明早就提交了，可见。
  2. 版本太新（DB_TRX_ID ≥ max_trx_id）
    → 这是我开票之后才冒出来的，不可见，继续往 older 版本找。
  3. 版本在中间（min_trx_id ≤ DB_TRX_ID < max_trx_id）
    • 如果编号在黑名单 m_ids 里 → 开票时它还没提交，不可见。
    • 如果编号不在黑名单 → 开票时它已提交，可见。
  4. 版本是我自己改的（DB_TRX_ID == creator_trx_id）
    → 自己写的东西当然能看到，可见。

一旦找到第一个“可见”版本就停下来返回，后面的 older 版本不再看。

  1. 一张图秒懂
时间轴：  ...[min_trx_id) ...[m_ids 黑名单]... [max_trx_id)...↑               ↑               ↑太老，可见      在黑名单→不可见   太新，不可见不在黑名单→可见
  1. 举个数字例子
  • 当前系统里活着的事务：88,90,93
  • 于是 Read View：
    m_ids = {88,90,93}
    min_trx_id = 88
    max_trx_id = 95（系统下一个号）
    creator_trx_id = 91（我自己）

来一条记录版本链：

版本号（DB_TRX_ID）判断可见？
96≥ max_trx_id否
9488≤94<95 且 94∉m_ids可见 （返回）
  1. 一句话总结

Read View 把“并发世界”瞬间拍成一张静态照片，之后事务无论读多少次，都只看这张照片允许的“历史镜像”，从而

  • 挡住未提交的脏数据（脏读）
  • 挡住已提交的后续改动（不可重复读）
  • 配合间隙锁还能挡住新插入的幻影行（幻读）

这就是 MVCC 里“快照”真正的灵魂。

四、MVCC 如何实现不同隔离级别？

MVCC 主要作用于 READ COMMITTED (RC，提交读) 和 REPEATABLE READ (RR，可重复读) 这两个隔离级别。

  • READ COMMITTED (RC)：
    • 核心：每次执行快照读（SELECT）时，都会生成一个新的 Read View。
    • 效果：每次读都能看到最新已经提交的事务所做的修改。所以会出现“不可重复读”现象（同一个事务内两次读取同一数据，结果可能不同）。
  • REPEATABLE READ (RR)：
    • 核心：只在第一次执行快照读时生成一个 Read View，后续所有的读操作都复用这个 Read View。
    • 效果：在整个事务期间，每次读到的数据都是一致的，就像是在事务开始时拍了一个快照一样。因此解决了“不可重复读”问题。（这也是 InnoDB 在 RR 级别下能防止幻读的手段之一）。

五、一个简单的例子

假设：

  • 事务A (id=10) 开启，查询一条记录。
  • 事务B (id=20) 修改了这条记录并提交。
  • 事务A 再次查询。

在 RC 级别下：

  1. 事务A第一次查询，生成 Read View1，m_ids 包含 [10]（假设只有自己活跃）。它读到的是原始版本。
  2. 事务B修改并提交。
  3. 事务A第二次查询，生成一个新的 Read View2，此时 m_ids 只包含 [10]（20已提交）。根据规则，它能看到事务B提交的版本。所以两次查询结果不同（不可重复读）。

在 RR 级别下：

  1. 事务A第一次查询，生成 Read View1，m_ids 包含 [10]。
  2. 事务B修改并提交。
  3. 事务A第二次查询，复用之前的 Read View1。根据规则，Read View1 生成时，事务B (20) 还未开始或处于活跃状态（取决于时机），所以事务B修改的版本对 Read View1 不可见。事务A只能看到和第一次一样的原始版本。所以两次查询结果相同（可重复读）。

六、总结

特性说明
目的提高并发性能，实现读写不阻塞。
实现基础隐藏字段 (DB_TRX_ID, DB_ROLL_PTR) + Undo Log (版本链) + Read View (可见性判断)。
核心思想为每个事务提供一个数据快照，读操作读历史版本，写操作创建新版本。
适用操作快照读（普通 SELECT ... 不加锁）。当前读（SELECT ... FOR UPDATE, UPDATE, DELETE, INSERT 会加锁）不适用。
与隔离级别关系是 RC 和 RR 隔离级别实现的基础。RC 每次读生成新 Read View；RR 第一次读生成 Read View 并复用。
优点读不加锁，读写不冲突，并发性能高。
缺点需要维护多版本数据，会占用更多的存储空间；需要复杂的垃圾回收机制来清理不再需要的旧版本数据。

简单来说，MVCC 就是通过给数据行“拍快照” 的方式，让每个事务都能看到一份一致的数据视图，从而巧妙地避免了不必要的锁竞争，是现代数据库实现高并发的重要技术。

http://www.dtcms.com/a/409922.html

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