前言:

大家都知道在java 開發(fā)過程中，會經(jīng)常用到鎖，在java 代碼中，我們都知道鎖是加在對象頭上的，在java對象布局中有鎖的標(biāo)志位。程序通過判斷鎖的標(biāo)志位來獲取加鎖的情況。但是在mysql 中，鎖的實(shí)現(xiàn)原理是什么呢。可能大家都聽過 mvcc，但是mvcc 的實(shí)現(xiàn)原理是什么呢，可能就說不太清楚了，本文就以實(shí)例說明來mvcc 的實(shí)現(xiàn)原理。

1 數(shù)據(jù)庫設(shè)置隔離級別

我們都知道數(shù)據(jù)庫的隔離級別可以分為以下：

• 讀未提交 RU : read uncommitted  
• 讀提交   RC : read committed 
• 可重復(fù)讀 RR : repeatable read 默認(rèn)隔離級別
• 序列化   SE : serializable 序列化

我們使用select @@transaction_isolation;來查看數(shù)據(jù)庫的隔離級別，可能有讀者會有疑問了，不是應(yīng)該是select @@tx_isolation;嗎, 因?yàn)槲业碾娔X上裝的是 mysql 8.0, 之前的 tx 也是 transaction的簡寫，高版本的mysql 已經(jīng)使用 transaction 了。

# 查詢當(dāng)前會話隔離級別
select @@transaction_isolation;
# 查看當(dāng)前系統(tǒng)的隔離級別
select @@global.transaction_isolation;
# 命令行開啟事務(wù)，區(qū)別在于前者是第一條語句的執(zhí)行時間點(diǎn)為事務(wù)開始的時間點(diǎn)，建立一致性讀，后者是立即建立一致性讀，開始執(zhí)行事務(wù)
start transaction 或者 start transaction with consistent snapshot
# 設(shè)置數(shù)據(jù)庫隔離級別，如若設(shè)置會話級別，則修改 global 為session 即可
set global transaction isolation level REPEATABLE READ;
set global transaction isolation level READ COMMITTED;
set global transaction isolation level READ UNCOMMITTED;
set global transaction isolation level SERIALIZABLE;

2 數(shù)據(jù)庫表以及案例操作

操作的數(shù)據(jù)庫表為：

CREATE TABLE `t_user` (
  `id` int NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主鍵',
  `age` int DEFAULT NULL COMMENT '年齡',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='用戶表';
# 初始化語句
INSERT INTO `t_user`(`id`, `age`) VALUES (1, 3);
# 使用的操作語句
select * from t_user where id = 1;
update t_user set age = age + 1  where id = 1;

案例如圖所示：

 sessionA,sessionB,sessionC 是連接數(shù)據(jù)庫的3個會話窗口，mysql 數(shù)據(jù)庫的默認(rèn)隔離級別為RR,為了達(dá)到效果我們把當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫隔離級別改為RC,語句如下：

set session transaction isolation level READ COMMITTED;

setp1 準(zhǔn)備工作，設(shè)置當(dāng)前會話事務(wù)隔離級別，查看數(shù)據(jù)庫表中的數(shù)據(jù)。窗口從左往右依次是sessionA、sessinB和sessionC。 

setp2 t1 時刻，sessionA 和 sessionB 開啟事務(wù)。sessionA t2 時刻執(zhí)行查詢語句，sessionC 執(zhí)行更新操作，可以看到此時 sessionC 立馬執(zhí)行成功。 

step3 t3 時刻，sessionB 查詢最新的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行更新操作 

step4 t4 時刻，sessionA 查詢最新數(shù)據(jù)，并在t5 時刻更新數(shù)據(jù)，這里因?yàn)閟essionB 的事務(wù)還未結(jié)束，因此執(zhí)行的操作會阻塞到超時（這里刻意等待到超時），t6 時刻sessionB 查詢數(shù)據(jù)，并提交事務(wù)。 

step5 sesionB 提交事務(wù)后，sessionA 重新執(zhí)行語句，可以看到執(zhí)行后的結(jié)果，然后提交事務(wù)。 

通過上述的操作案例，我們可以觀察到：

• 在一個事務(wù)中的數(shù)據(jù)更改對本事務(wù)是可見的，此外的事務(wù)是否可見取決于其隔離級別。
• 兩個事務(wù)操作同一條數(shù)據(jù)，會造成等待。innodb 引擎默認(rèn)開啟死鎖檢測，并會設(shè)置鎖的超時時間。

# 設(shè)置超時時間默認(rèn)是50s
innodb_lock_wait_timeout 
# 開啟死鎖檢測,默認(rèn)是開啟死鎖檢測,默認(rèn)值為 on,開啟死鎖檢測
innodb_deadlock_detect
# 查看更多innodb 引擎的配置
show variables like '%innodb%'

• 在會話中進(jìn)行數(shù)據(jù)修改，默認(rèn)事務(wù)是自動提交的。

3 mvcc 實(shí)現(xiàn)原理

mvcc,Multi-Version Concurrency Control，即版本并發(fā)訪問控制，是 mysql innodb 引擎實(shí)現(xiàn)的一種并發(fā)訪問控制方法，用于其事務(wù)的實(shí)現(xiàn)。其主要作用是為了提高數(shù)據(jù)庫的并發(fā)性能，更好地處理讀寫沖突問題，在遇到?jīng)_突的境況也能夠做到不加鎖，非阻塞并發(fā)讀取數(shù)據(jù)。 在解釋實(shí)現(xiàn)原理前，先了解一下當(dāng)前讀和快照讀。

• 當(dāng)前讀：像更改數(shù)據(jù)的操作(update/delete/insert)操作還有共享鎖和排他鎖（lock in share mode和for update）這操作都需要讀取當(dāng)前最新版本的數(shù)據(jù)，否則就會有更新丟失的情況。數(shù)據(jù)庫的修改操作也是將數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)頁從磁盤加載到內(nèi)存，然后進(jìn)行修改,最后寫回到磁盤中。
• 快照讀：不加鎖的select獲取數(shù)據(jù)就是讀快照，不會產(chǎn)生阻塞。在串行化的數(shù)據(jù)庫隔離級別下，快照讀會退化成當(dāng)前度。每行數(shù)據(jù)都有多個版本，當(dāng)前讀就是獲取最新的已經(jīng)提交過得版本數(shù)據(jù)。

接下來講述的是非常重要的部分:

• 已經(jīng)提交的事務(wù)
• 未被提交的事務(wù)
• 未開始的事務(wù)

在可重復(fù)讀的隔離級別下，事務(wù)啟動需要對整個庫做備份，這顯然是不可能的，實(shí)際上mvcc也沒有這樣做，而是利用版本號來控制，也就是事務(wù)開始時向 innodb 事務(wù)系統(tǒng)申請一個 transaction id,這個id申請順序是嚴(yán)格遞增的。每行數(shù)據(jù)的版本號 row trx_id = transaction id , 也就可以保證其版本的唯一性?？梢员ＷC事務(wù)啟動時，會獲取當(dāng)前所有活躍事務(wù)id的數(shù)組，可以保證其唯一性。事務(wù)id數(shù)組中的最小的id記為低水位，數(shù)組中的最大id+1記為高水位。低水位和高水位便是已經(jīng)提交的事務(wù)-未提交的數(shù)據(jù)、未提交的事務(wù)-未開始的事務(wù)的分界標(biāo)志位,以上就組成了當(dāng)前事務(wù)的一致性視圖(read-view)。

前面已經(jīng)提到了，所有的數(shù)據(jù)都是有版本的，這個版本即row trx_id。當(dāng)需要讀快照時，就需要讀取trx_id小于低水位且最大的trx_id版本號的數(shù)據(jù)。讀當(dāng)前就是讀取當(dāng)前最新版本的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)正在事務(wù)的處理中，那么久需要等待，這也是為什么會出現(xiàn)鎖等待超時的情況。

當(dāng)在RC的數(shù)據(jù)庫隔離級別下,每次的操作都會重新獲取當(dāng)前活躍的trx_id數(shù)組，形成新的一致性視圖，這就是sessionB 在t3 時刻讀取到了sessionC 在t2時刻提交的數(shù)據(jù)，因?yàn)樵谛碌囊恢滦砸晥D中，sessionC 的trx_id 已經(jīng)已經(jīng)提交的事務(wù)了，所以就可以讀取到。在sessionA 的t5 時刻，拿到的一致性視圖中活躍的trx_id 數(shù)組中包含 sessionB 的活躍id,因?yàn)樵诟聰?shù)據(jù)時，需要當(dāng)前讀，而數(shù)據(jù)已經(jīng)被鎖住，所以出現(xiàn)了鎖超時的情況。

而在RR的數(shù)據(jù)庫隔離級別下，在事務(wù)開始時生成一個一致性視圖，此后在事務(wù)提交之前，其 trx_id 數(shù)組不會發(fā)生變化，這樣才能保證其可重復(fù)讀的特性。RR相對于RC實(shí)現(xiàn)簡單，區(qū)別在于是否在執(zhí)行語句前更新一致性視圖，活躍事務(wù)id的數(shù)組是否更新。

綜上，我們就知道了mvcc 是如何實(shí)現(xiàn)可重復(fù)讀和讀提交的隔離級別了。

4 ACID 的實(shí)現(xiàn)

• 事務(wù)的原子性 A 是通過 undolog 回滾日志來實(shí)現(xiàn)。
• 事務(wù)的持久性 C 性是通過 redolog 重做日志來實(shí)現(xiàn)的。
• 事務(wù)的隔離性 I 是通過 MVCC 來實(shí)現(xiàn)的。
• 原子性，持久性，隔離性都實(shí)現(xiàn)了，那么一致性 D 也就實(shí)現(xiàn)了。

redo log 是mysql innodb 引擎產(chǎn)生的物理日志，其大小有一定的限制，采用循環(huán)寫入的方式，寫滿之后進(jìn)行刷盤。主要用于宕機(jī)后的數(shù)據(jù)恢復(fù)。redo log是一個循環(huán)寫入的日志，可以理解為一個環(huán)，有 checkpoint 和 write pos 兩個標(biāo)志點(diǎn)，checkpoint之前的空間是清除后的可寫空間，清除之前會更新到磁盤中，write pos是數(shù)據(jù)寫入的位置，當(dāng)兩個標(biāo)志點(diǎn)相遇表明redo log已經(jīng)滿了，這時數(shù)據(jù)庫停止進(jìn)行數(shù)據(jù)庫更新語句的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而進(jìn)行redo log日志同步到磁盤中。

binlog 是mysql server 層記錄邏輯的日志，可以一致追加寫入，主要用于主從數(shù)據(jù)同步。

到此這篇關(guān)于MYSQL數(shù)據(jù)庫Innodb 引擎mvcc鎖實(shí)現(xiàn)原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)mysql mvcc鎖實(shí)現(xiàn)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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