深入解析MVCC中Undo Log版本底层存储读取逻辑

一、引言

多版本并发控制（MVCC，Multi-Version Concurrency Control）是一种广泛应用于关系数据库管理系统中的并发控制技术。它通过保存数据的历史版本，使得在事务并发执行时，每个事务都能看到数据的一致性视图。在MVCC中，Undo Log起着至关重要的作用，本文将详细阐述MVCC的版本控制逻辑以及Undo Log在其中的底层存储读取机制。

二、MVCC版本控制逻辑

版本生成

在MVCC中，每当数据发生修改时，系统会为修改前的数据生成一个版本。这个版本包含了数据的前映像，即修改前的值。版本号通常是一个递增的序列，用于标识不同版本的数据。

事务可见性

MVCC通过事务的可见性来判断数据版本是否对当前事务可见。事务的可见性规则如下：

（1）事务读取数据时，只能看到小于等于事务开始时的版本号的数据；（2）事务修改数据时，会生成一个新的版本，版本号大于当前事务的版本号；（3）事务提交后，修改后的数据版本才会对其他事务可见。

版本链

为了实现数据的多个版本，MVCC采用版本链来组织数据。版本链由多个版本组成，每个版本包含以下信息：

（1）版本号；（2）数据前映像；（3）指向下一个版本的指针。

三、Undo Log底层存储读取逻辑

Undo Log简介

Undo Log是MVCC实现的关键部分，用于在事务回滚时撤销已提交的操作。在数据修改过程中，Undo Log记录了数据的前映像，以便在需要时恢复到修改前的状态。

Undo Log存储结构

Undo Log通常采用以下存储结构：

（1）事务ID：标识修改数据的事务；（2）操作类型：如插入、更新、删除等；（3）数据前映像：修改前的数据值；（4）指向下一个Undo Log的指针。

Undo Log读取逻辑

（1）当事务需要读取数据时，首先从版本链中找到符合可见性规则的最新版本；（2）如果找到的版本是由当前事务修改的，则直接读取该版本的数据；（3）如果找到的版本是由其他事务修改的，则需要根据Undo Log回溯到符合可见性规则的版本；（4）从Undo Log中读取数据前映像，恢复到修改前的状态；（5）返回恢复后的数据给事务。

假设我们有一个简单的银行账户表，其中包含账户ID和余额两个字段。我们将通过一个事务更新账户余额，并在这个过程中展示MVCC和Undo Log是如何工作的。

初始状态

账户表：

账户ID | 余额
-------|------
1      | 1000

事务开始

假设事务T1开始，并打算将账户1的余额增加200。

版本生成

在MVCC中，当事务T1尝试修改余额时，系统会为当前余额生成一个版本（版本号V1），并记录Undo Log。

账户表（版本链）：

账户ID | 余额 | 版本号 | Undo Log
-------|------|--------|---------
1      | 1000 | V1     | 无

Undo Log（存储结构）：

事务ID | 操作类型 | 数据前映像 | 指向下一个Undo Log的指针
-------|---------|-----------|---------------------
T1     | 更新    | 1000      | NULL

事务修改数据

事务T1将余额从1000增加到1200，并生成新版本（版本号V2）。

账户表（版本链）：

账户ID | 余额 | 版本号 | Undo Log
-------|------|--------|---------
1      | 1200 | V2     | 指向T1的Undo Log

Undo Log（存储结构）：

事务ID | 操作类型 | 数据前映像 | 指向下一个Undo Log的指针
-------|---------|-----------|---------------------
T1     | 更新    | 1000      | NULL

事务读取数据

现在，假设有另一个事务T2开始，并尝试读取账户1的余额。

事务T2查找版本链，找到最新版本V2。
由于版本V2是由事务T1创建的，并且T1尚未提交，事务T2需要根据MVCC的规则找到自己可见的版本。
事务T2根据Undo Log回溯到版本V1，因为V1是T2开始时存在的版本。

Undo Log读取逻辑

事务T2按照以下步骤读取数据：

查找版本链，发现最新版本是V2。
检查版本V2的事务ID，发现是T1。
由于T1尚未提交，T2不能读取V2。
查找T1的Undo Log，读取数据前映像1000。
使用Undo Log中的前映像恢复数据到版本V1的状态。

事务T2读取结果

事务T2读取到的账户余额是1000，因为它只能看到自己开始时存在的数据版本。

事务提交

如果事务T1提交，那么版本V2将对所有新开始的事务可见。此时，如果新的事务T3开始并读取账户余额，它将直接看到版本V2的数据1200。

通过这个例子，我们可以看到MVCC和Undo Log如何协同工作，以确保事务的隔离性和数据的一致性。Undo Log在这里起到了至关重要的作用，它记录了数据修改的历史，使得事务能够在需要时回滚到之前的状态。

四、总结

本文详细阐述了MVCC中Undo Log版本底层存储读取逻辑。通过版本链和Undo Log，MVCC实现了数据的多版本控制，保证了事务的隔离性和一致性。在实际应用中，了解MVCC的底层原理对于优化数据库性能和解决并发问题具有重要意义。