mvcc底层实现原理知道吗

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MVCC(Multi-Version Concurrency Control,多版本并发控制)是一种在数据库系统中用于实现并发控制的技术,它允许多个事务并发地读取和修改数据,而不会发生数据冲突或不一致的问题。MVCC 的核心思想是保存数据的多个版本,这样不同的事务可以读取或修改不同的数据版本,从而避免了传统的锁机制所带来的性能瓶颈。

MVCC 的底层实现原理

1. 版本号和时间戳
  • 版本号:

    • 每个数据项都有一个版本号,标识其创建的时间。
    • 版本号可以是单调递增的数字,也可以是时间戳。
  • 读版本号:

    • 读取操作会获取一个读版本号,用于确定可以读取哪些版本的数据。
  • 写版本号:

    • 写操作会生成一个新的版本号,用于标识新版本的数据。
2. 数据版本管理
  • 行级版本:

    • 每一行数据都有多个版本,每个版本有自己的版本号。
    • 当一个事务开始时,它会读取数据的当前版本,并在此基础上进行修改。
    • 修改后的数据会被保存为一个新的版本。
  • 可见性规则:

    • 数据的可见性由版本号决定。
    • 事务只能看到在其开始之前已经提交的数据版本。
3. 读写分离
  • 快照读 (Snapshot Read):

    • 读取操作获取一个快照版本的数据,这个快照反映了事务开始时的数据状态。
    • 快照读不会阻塞写操作。
  • 当前读 (Current Read):

    • 读取操作获取最新的数据版本。
    • 当前读可能会阻塞写操作,因为需要确保读取的是最新提交的数据。
4. 垃圾回收
  • 无效版本清理:
    • 旧的数据版本会被标记为无效,并在适当的时候进行清理。
    • 清理过程通常发生在后台,以避免影响性能。

MySQL InnoDB 存储引擎中的 MVCC 实现

MySQL 的 InnoDB 存储引擎使用 MVCC 来支持事务的并发执行。InnoDB 的 MVCC 实现基于以下几个关键概念:

1. 行记录格式
  • 记录元数据:
    • InnoDB 的每一行记录都包含了额外的元数据,用于记录版本信息。
    • 包括系统版本号(SYS_ROW_ID)、最低可见版本号(MIN_TRX_ID)和最高可见版本号(MAX_TRX_ID)。
2. 可见性判断
  • 可见性规则:
    • InnoDB 使用事务 ID 来判断数据版本的可见性。
    • 如果一个事务 ID 在另一个事务的开始 ID 之前,那么该数据版本对该事务是可见的。
    • 可见性规则如下:
      • 事务可以看到自己创建的所有版本。
      • 事务可以看到所有在它开始之前已经提交的版本。
      • 事务看不到在它开始之后创建的版本。
      • 事务看不到尚未提交的版本。
3. 事务隔离级别
  • REPEATABLE READ:

    • InnoDB 在 REPEATABLE READ 隔离级别下使用 Next-Key Locks 来减少幻读的发生。
    • Next-Key Locks 是一种行锁和间隙锁的组合,它可以锁定一个范围内的所有行,包括那些还没有被插入的行。
  • READ COMMITTED:

    • 在 READ COMMITTED 隔离级别下,InnoDB 只使用行锁,不会使用 Next-Key Locks。
4. 垃圾回收
  • 事务 ID 回收:
    • InnoDB 会回收已经结束的事务 ID,以便再次使用。
    • 事务 ID 的回收过程确保了数据版本的正确性。

示例

假设有一个表 orders,其中包含订单信息。现在有两个事务:事务 A 查询所有订单,事务 B 在事务 A 查询之后插入一条新的订单记录。

示例代码
-- 设置隔离级别为 REPEATABLE READ
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;START TRANSACTION;-- 事务 A 查询所有订单
SELECT * FROM orders WHERE order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-01-31';-- 此时事务 B 插入一条新订单记录
INSERT INTO orders (order_id, order_date) VALUES (4, '2023-01-15');-- 事务 A 再次查询
SELECT * FROM orders WHERE order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-01-31';COMMIT;

在这个示例中,事务 A 在两次查询之间,事务 B 插入了一条新的订单记录。由于隔离级别设置为 REPEATABLE READ,事务 A 第二次查询时将不会看到事务 B 插入的新行,这是因为 InnoDB 使用 Next-Key Locks 锁定了查询范围内的所有行。

总结

  • MVCC 是一种并发控制机制,通过保存数据的多个版本来支持并发读写操作。
  • MySQL InnoDB 使用 MVCC 来支持事务的并发执行,并通过事务 ID 和版本号来判断数据的可见性。
  • 隔离级别 影响 MVCC 的行为,不同的隔离级别有不同的可见性和锁定策略。
  • 垃圾回收 是 MVCC 的一个重要部分,用于清理不再需要的数据版本。

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