MySQL事务原理深度剖析：MVCC与Read View机制详解

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@小白创作中心

MySQL事务原理深度剖析：MVCC与Read View机制详解

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CSDN

https://m.blog.csdn.net/m0_54854484/article/details/145480304

MySQL的事务隔离机制是数据库系统中的核心概念之一，其中MVCC（多版本并发控制）和read view机制在实现高并发读写操作中扮演着重要角色。本文将深入探讨MVCC的工作原理，以及在不同隔离级别（Read Committed和Repeatable Read）下read view的具体表现，帮助读者理解这些复杂的数据库概念。

事务隔离级别的回顾

在深入讲解MVCC和read view之前，我们先回顾一下事务隔离性的四种级别：

脏读（Dirty Read）：一个事务读到另一个事务未提交的数据。
不可重复读（Non-repeatable Read）：一个事务两次读取同一数据，但两次结果不同，因为有其他事务修改并提交了该数据。
幻读（Phantom Read）：一个事务两次读取同一范围的数据，但两次结果不同，因为有其他事务插入了新的数据。
隔离级别：
读未提交（Read Uncommitted）：允许脏读、不可重复读和幻读。
读已提交（Read Committed）：避免脏读，但可能有不可重复读和幻读。
可重复读（Repeatable Read）：避免脏读和不可重复读，某些数据库可能有幻读问题，但MySQL解决了幻读问题。
串行化（Serializable）：完全避免所有并发问题，但性能最低。

一致性

事务执行的结果，必须使数据库从一个一致性状态，变到另一个一致性状态。当数据库只包含事务成功提交的结果时，数据库处于一种一致性状态。如果系统运行发生中断，某个事务尚未完成而被迫中断，而改变未完成的事务对数据库所做的修改已被写入数据库，此时数据库就处于一种不正确的状态。因此一致性是通过原子性保证的。

三种并发方式的安全隐患

读读并发：不存在任何问题，不需要并发控制。
读写并发：可能造成事务隔离性问题，如脏读、幻读、不可重复读。
写写并发：可能会存在更新丢失问题，如第一类更新丢失、第二类更新丢失。

三个隐藏字段

在InnoDB存储引擎中，每条记录都会自动添加三个隐藏字段：

DB_TRX_ID：6字节，记录最后修改这条数据的事务ID。
DB_ROLL_PTR：指向undo日志的位置，用于回滚操作。
DB_ROW_ID：隐藏的自增ID，如果没有主键，InnoDB会自动以DB_ROW_ID产生一个聚簇索引。

Undo日志

Undo日志是MySQL中的一段内存缓冲区，用于记录事务的回滚操作。当需要修改数据时，MySQL会先将数据保存一份到undo日志中，然后再进行修改。这样即使事务回滚，也可以从undo日志中恢复数据。

例如，假设有一条数据：

当事务10想要修改这条数据时，会先将数据加锁，然后复制一份到undo日志中，再进行修改：

事务10提交后，释放锁。如果事务11也想要修改这条数据，会重复相同的过程：

这样就形成了一个版本链，如果需要回滚，可以从undo日志中恢复历史版本。

MVCC多版本控制

MVCC（Multi-Version Concurrency Control）是一种无锁的并发控制机制，通过维护数据的多个版本来实现并发控制。在MVCC中，每个事务都有自己的事务ID，通过事务ID来判断事务的先后顺序。

Undo log：管理事务内形成的版本链条。一个事务多次修改会形成版本链，commit时undo log会被清空。
Insert：虽然没有版本链，但insert对应的数据也要放到undo log里面，commit后版本链可以被清空。
Update和Delete：可能有其他事务在访问，不一定能立即清空。

Read View

Read View是事务进行快照读操作时生成的读视图，记录系统当前活跃事务的ID。Read View是一个类，与事务的关系类似于进程地址空间和PCB。

class Readview
{
private:
    trx_id_t m_low_limit_id;  // 高水位，大于等于这个ID的事务均不可见。
    trx_id_t m_up_limit_id;  // 低水位，小于这个ID的事务均可见。
    trx_id_t m_creator_trx_id;     // 创建该Read view的事务ID。    
    ids_t m_ids; // 创建视图时的活跃事务id列表。
    trx_id_t m_low_limit_no; 
    bool m_closed;  // 视图是否关闭
    //....省略       
};

Read View的判断规则：

如果版本链中的事务ID与m_ids中的事务ID相同，说明事务还在活跃状态，不能看到这个版本。
如果版本链中的事务ID小于m_up_limit_id，说明事务启动得更早，可以看见。
如果版本链中的事务ID大于m_low_limit_id，说明事务启动得更晚，不能看见。

RC与RR的本质区别

RC（Read Committed）：每次快照读都生成新的Read View，low_limit_id总是当前系统最大的事务ID，只要其他事务提交，就能看到其修改。
RR（Repeatable Read）：只在第一次快照读时生成Read View，之后的修改都基于这个Read View判断可见性，因此在事务持续期间，读到的数据不会发生变化。

通过实验可以验证：