一文詳解MVCC的執(zhí)行原理

更新時間：2023年12月29日 08:22:00 作者：Java中文社群

MVCC是一種并發(fā)控制機制,用于解決數據庫并發(fā)訪問中,數據一致性問題,它通過在讀寫操作期間保存多個數據版本,以提供并發(fā)事務間的隔離性,本文將和大家簡單聊聊MVCC的執(zhí)行原理,需要的朋友可以參考下

MVCC（Multi-Version Concurrency Control）是一種并發(fā)控制機制，用于解決數據庫并發(fā)訪問中，數據一致性問題。它通過在讀寫操作期間保存多個數據版本，以提供并發(fā)事務間的隔離性，從而避免了傳統(tǒng)的鎖機制所帶來的資源爭用和阻塞問題。

所謂的一致性問題，就是在并發(fā)事務執(zhí)行時，應該看到那些數據和不應該看到那些數據。

在 MVCC 機制中，每個事務的讀操作都能看到事務開始之前的一致性數據快照，而不受其他并發(fā)事務的修改的影響。核心思想是通過創(chuàng)建多個數據版本，保持事務的一致性和隔離性。

使用 MVCC 機制解決了 RR 隔離級別中，部分幻讀問題，但又沒把全部幻讀問題都解決。

MVCC 解決了 RR 隔離級別中，快照讀的幻讀問題。多次查詢快照讀時，因為 RR 級別是復用 Read View（讀視圖），所以沒有幻讀問題。
但 MVCC 解決不了 RR 隔離級別中，如果遇到快照讀和當前讀（讀取當前最新的數據）中間發(fā)生過添加操作，那么 Read View 不能復用，就出現了幻讀的問題。

快照讀和當前讀

快照讀：是指在一個事務中，讀取的數據版本是在事務開始時已經存在的數據版本，而不是最新的數據版本。這種讀取方式提供了事務在執(zhí)行期間看到的數據視圖的一致性，select 查詢就是快照讀。 當前讀：是指在事務中讀取最新的數據版本，以下幾種操作都是快照讀：

select ... for update;
select ... lock in share mode;
insert ...
update ...
delete ...

MVCC 實現原理

MVCC 主要是依靠以下兩部分實現的：

Undo Log 鏈
Read View（讀視圖或者叫一致性視圖）

Undo Log 鏈

我們知道 Undo Log 主要是用于數據庫中事務回滾的，但在 MVCC 機制中也發(fā)揮著重要的作用，那什么是 Undo Log 鏈呢？

Undo Log 鏈是指在每個數據對象上維護的 Undo Log 記錄鏈表。每張表都會有與之相對應的 Undo Log 鏈，用于記錄修改前的數據信息（以方便數據進行回滾）。

Read View

Read View（讀視圖）用于管理事務之間數據可見性的一種機制。Read View 在特定時刻為事務創(chuàng)建的一個快照，該快照包含了在該時刻所有未提交事務的事務標識符，以及其他一些輔助信息。

在 Read View 中包含了以下 4 個主要的字段：

m_ids：當前活躍的事務編號集合。
min_trx_id：最小活躍事務編號。
max_trx_id：預分配事務編號，當前最大事務編號+1。
creator_trx_id：ReadView 創(chuàng)建者的事務編號。

RC 級別中，每次快照讀都會生成一個全新的 Read View，而 RR 級別中同一個事務會復用一個 Read View。

有了 Read View 和 Undo Log 鏈之后，并發(fā)事務在查詢時就知道要讀取那些數據了。

判斷方法

判斷方法是根據 Read View 中的 4 個重要字段，先去 Undo Log 中最新的數據行進行比對，如果滿足下面 Read View 的判斷條件，則返回當前行的數據，如果不滿足則繼續(xù)查找 Undo Log 的下一行數據，直到找到滿足的條件的數據為止，如果查詢完沒有滿足條件的數據，則返回 NULL。

判斷規(guī)則

trx_id==creator_trx_id：先將 Undo Log 最新數據行中的 trx_id 和 ReadView 中的 creator_trx_id 進行對比，如果他們兩個值相同，則說明是在同一個事務中執(zhí)行，那么直接返回當前 Undo Log 的數據行即可，如果不相等，則繼續(xù)下面流程。
trx_id<min_trx_id：如果 trx_id 小于 min_trx_id，則說明在執(zhí)行查詢時，其他事務已經提交此行數據了，那么直接返回此行數據即可，如果大于等于，則繼續(xù)下面流程。
trx_id>max_trx_id：如果 trx_id 如果大于等于 max_trx_id，則說明該行數據比當前操作執(zhí)行的晚，當前行數據不可見，繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)流程。
min_trx_id<=trx_id<max_trx_id：trx_id 在 min_trx_id 和 max_trx_id 之間還分為以下兩種情況：
trx_id 在 m_ids 中：說明事務尚未執(zhí)行完，該行數據不可被訪問。

trx_id 未在 m_ids 中：說明事務已經執(zhí)行完，可以返回該行數據。

以上判斷規(guī)則從 Undo Log 最新的行數據，逐行對比，直到找到匹配的數據，否則查詢完未匹配上，則返回 NULL。