MySQL 多版本并发控制（MVCC）总结

本文大纲

事务的隔离性

上文提到，数据库的事务隔离性，主要解决以下问题：

• 防止多个事务并发执行时由于交叉执行而导致的数据不一致问题。
• 解决同一事务内的多次相同查询，数据不一致问题。

有哪些数据不一致的情况？

• 脏读
• 不可重复读
• 幻读

为了数据不一致问题，引入了四个隔离级别，随着隔离级别的提升，可以解决上述更多情况。它们所使用的 SELECT 模式分别如下：

隔离级别	SELECT 默认模式	备注
读未提交 READ UNCOMMITTED	/
读已提交 READ COMMITTED	使用一致性非加锁读（Consistent Non-locking Reads） 总是使用最新快照
可重复读 REPEATABLE READ	使用一致性非加锁读（Consistent Non-locking Reads） 同一事务内总是使用首次快照，确保可重复读。	一致性读取不会在它访问的数据上加任何锁，因此其它事务可以自由地同时修改那些数据，同一份数据在 undo log 会存在多份历史版本。（即通过多版本并发控制（MVCC）实现可重复读）
串行化 SERIALIZABLE	加共享锁读 （S-Locking reads）	加锁读会给数据加共享锁，其它事务读取时可以继续加共享锁，但修改会阻塞等待以获取排它锁，保证读写的串行化，因此同一份数据只存在一份当前版本。（即通过读写锁实现可重复读）

InnoDB 可重复读实现

下面重点看下 MySQL InnoDB 如何实现可重复读这个隔离级别。它使用了一致性非加锁读（Consistent Non-locking Reads）实现多版本并发控制（MVCC），这种方法不会在它访问的数据上设置任何锁，因此其它事务可以自由地同时修改那些表，并发性能高。

示例

下图展示了两个事务并发执行时，最终会出现的五种情况：

即：

事务的可重复读的能力是怎么实现的？

可重复读的核心就是一致性读（consistent read）；而事务更新数据的时候，只能用当前读（current read）。如果当前的记录的行锁被其他事务占用的话，就需要进入锁等待。

Current Read

数据库快照适用于同一事务内的 SELECT 语句，而不一定适用于 DML 语句。不同事务间的增删改操作还是会相互影响的，因为 DML 与 SELECT 语句不同，使用的是 current read。例如：

• 尽管事务 A 创建一致性视图时查不到 xyz 记录，但如果此后其它事务插入了 xyz 记录并提交事务，事务 A 仍然可以将它们删除：

  SELECT COUNT(c1) FROM t1 WHERE c1 = 'xyz';
  -- Returns 0: no rows match.
  DELETE FROM t1 WHERE c1 = 'xyz';
  -- Deletes several rows recently committed by other transaction.

• 尽管事务 A 创建一致性视图时查不到 abc 记录，但如果此后其它事务插入了 abc 记录并提交事务，事务 A 仍然可以修改这些记录，并看到本事务内的修改：

  SELECT COUNT(c2) FROM t1 WHERE c2 = 'abc';
  -- Returns 0: no rows match.
  UPDATE t1 SET c2 = 'cba' WHERE c2 = 'abc';
  -- Affects 10 rows: another txn just committed 10 rows with 'abc' values.
  SELECT COUNT(c2) FROM t1 WHERE c2 = 'cba';
  -- Returns 10: this txn can now see the rows it just updated.

Consistent Read 实现原理

Consistent Read 实现依赖于 Undo Log 和 Consistent Read-View。

Undo Log 是什么？

A storage area that holds copies of data modified by active transactions. If another transaction needs to see the original data (as part of a consistent read operation), the unmodified data is retrieved from this storage area.

In MySQL 5.6 and MySQL 5.7, you can use the innodb_undo_tablespaces variable have undo logs reside in undo tablespaces, which can be placed on another storage device such as an SSD. In MySQL 8.0, undo logs reside in two default undo tablespaces that are created when MySQL is initialized, and additional undo tablespaces can be created using CREATE UNDO TABLESPACE syntax.

The undo log is split into separate portions, the insert undo buffer and the update undo buffer.

Consistent Read-View 是什么？

在实现上， InnoDB 为每个事务构造了一个数组，用来保存这个事务启动瞬间，当前正在“活跃”的所有事务 ID。“活跃”指的就是，启动了但还没提交。

数组里面事务 ID 的最小值记为低水位，当前系统里面已经创建过的事务 ID 的最大值加 1 记为高水位。

这个视图数组和高水位，就组成了当前事务的一致性视图（consistent read-view）。

这个视图数组把所有的 row trx_id 分成了几种不同的情况。如下图：

以下表事务为例，对于当前事务 105 来说，一致性视图为：[100,103,104,105],106，其中低水位为 100，高水位为 106。这些事务分布如上图。

row trx_id	committed?	remark
100	N
101	Y
102	Y
103	N
104	N
105	N	current trx

对于当前事务 ID 105，根据以下流程图，就只能看到已提交事务 1-99, 101, 102

数据版本的可见性规则，就是基于数据的 row trx_id 和这个一致性视图的对比结果得到的。假如事务 ID 100-104 依次修改了同一份数据（如上图右），虽然数据当前版本为 104，但对于当前事务 ID 105 来说，也只能看到版本链上事务 ID 102 提交的数据版本。

如何查看最新快照

如果要查看最新快照，可以通过以下三个方法：

• 使用 READ COMMITTED 隔离级别
• 提交当前事务并发起新查询，刷新时间点
• 使用加锁读（读锁或写锁）

下例展示了第二种方法：

             Session A              Session B

           START TRANSACTION;     START TRANSACTION;
time
|          SELECT * FROM t;
|          empty set
|                                 INSERT INTO t VALUES (1, 2);
|
v          SELECT * FROM t;
           empty set
                                  COMMIT;

           SELECT * FROM t;
           empty set

           COMMIT;

           SELECT * FROM t;
           ---------------------
           |    1    |    2    |
           ---------------------

参考

《高性能 MySQL》

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-multi-versioning.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-consistent-read.html

https://time.geekbang.org/column/article/70562