技术分享 | MySQL 多版本并发控制「MVCC」

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作者：贲绍华

爱可生研发中心工程师，负责项目的需求与维护工作。其他身份：柯基铲屎官。

本文来源：原创投稿

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一、MySQL InnoDB 引擎事务隔离级别与并发问题

本文以 MySQL 5.7 版本为例进行说明，开始前让我们先简单复习一下 InnoDB 引擎下的四种隔离级别与三种并发场景下存在的问题，内容如下：

二、Undo Logs

MySQL 的 Undo Logs 保证了数据的原子性，它保存了事务发生之前的数据的一个版本，可以用于事务回滚，同时可以提供多版本并发控制下的读（MVCC），也即非锁定读。Undo Logs 内部分为两种类型，它们分别是：

TRX_UNDO_INSERT：

由 insert 语句产生的 undo 日志，在事务提交后可以直接删除。只有事务回滚时产生作用；

TRX_UNDO_UPDATE：

除 TRX_UNDO_INSERT 以外，其他都属于该类型（包括删除），事务提交后还可能会被 MVCC 用到，不会立即清理；

每个事务都会维护 INSERT 和 UPDATE 两种类型的 Undo 的链表

三、多版本并发控制「MVCC」（Multi Version Concurrency Control）

Acronym for “multiversion concurrency control”. This technique lets InnoDB transactions with certain isolation levels perform consistent read operations; that is, to query rows that are being updated by other transactions, and see the values from before those updates occurred. This is a powerful technique to increase concurrency, by allowing queries to proceed without waiting due to locks held by the other transactions.

在 InnoDB 引擎下，运行同一行内容在不同事务之间读写互不干扰，这是我们经常会碰到的业务场景，它也被认为是理所当然的。而这一特性的实现其实会比描述起来复杂得多。

MVCC 就是允许在特定隔离级别的 InnoDB 引擎下，对事务执行一致的读操作。避免了并发事务下对一般类型查询的锁竞争，也是一种增强并发事务读写能力的功能。

就像一位称职的摄像师，在你每个人生的高光点都会按下快门记录当下与之前的影像。

它本质上就是一个链表，每一行内容的版本都指向上一个版本，其中除了数据本身，还包含了事务可见性的信息在内，这些可见性信息用于判断哪个版本才能对当前的查询可见。

四、快照读「Read View」

当多个事务同时操作同一份数据内容时，可以分为两种获取方式：当前读、快照读。

当前读

直接从磁盘或 buffer 中获取当前内容的最新数据，读到什么就是什么。根据隔离级别的不同期间会产生一些锁，防止并发场景下其他事务产生影响；

在官方叫做 Locking Reads（锁定读取）：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-locking-reads.html

快照读

简单的 SELECT 操作（不包括lock in share mode,for update），根据隔离级别的不同，会在不同时机产生快照，事务读取的实际是快照内容，保证一致性的同时减少了锁之间的竞争；

官方叫做 Consistent Nonlocking Reads（一致性非锁定读取，也叫一致性读取）: https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-consistent-read.html

下面来看一下，在 MySQL 5.7 的源码中，对于 MVCC read view 结构是如何定义的：

字段名	释义
m_low_limit_id	下一个待分配的事务ID（当前Max trx_id + 1）
m_up_limit_id	最小活跃事务ID
m_creator_trx_id	触发创建该ReadView的事务ID
m_ids	该ReadView创建时，处于【当前活跃】状态的事务ID有序集合
m_low_limit_no	最后一个提交的事务number，事务提交时候获取同时写入Undo log中的值，事务Number小于该值的对该ReadView不可见。利用该信息可以Purge不需要的Undohttps://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-purge-configuration.html
m_closed	标记该ReadView是否已经closed，用于优化减少trx_sys->mutex这把大锁的使用
m_view_list	用于存储ReadView的链表信息

这里的字段大部分都是为了确保这份 Readview 是否能被其他事务所"看见"的条件，关于可见性的判断就不在此详细说明了。

五、ReadView的创建与关闭

对于 ReadView 来说，在不同的隔离级别下它们的创建与关闭时机会存在区别，具体如下：

读提交 ( READ COMMITTED )「RC」

在 READ COMMITTED 事务隔离级别下,每次语句执行都关闭 ReadView ，然后重新创建一份 ReadView

可重复读 ( REPEATABLE READ )「RR」

innobase_start_trx_and_assign_read_view(
/*====================================*/
   handlerton*    hton,  /*!< in: InnoDB handlerton */
   THD*      thd)   /*!< in: MySQL thread handle of the user for
            whom the transaction should be committed */
{
   ......
   /* 在RR级别下，使用start transaction with consistent snapshot会直接创建视图，否则会在第一条SELECT语句时创建 */
   /* 快照会在事务结束时关闭，整个事务生命周期内共享同一个快照 */
   /* Assign a read view if the transaction does not have it yet.
   Do this only if transaction is using REPEATABLE READ isolation
   level. */
   trx->isolation_level = innobase_map_isolation_level(
      thd_get_trx_isolation(thd));

   if (trx->isolation_level == TRX_ISO_REPEATABLE_READ) {
      trx_assign_read_view(trx);
   } else {
      push_warning_printf(thd, Sql_condition::SL_WARNING,
                HA_ERR_UNSUPPORTED,
                "InnoDB: WITH CONSISTENT SNAPSHOT"
                " was ignored because this phrase"
                " can only be used with"
                " REPEATABLE READ isolation level.");
   }

六、为什么说 RR 级别下并没有完全解决幻读？

以下通过两个例子来说明 RR 级别下也能出现幻读的场景，创建一个 test 表，只有一个 id(pk AUTO_INCREMENT) 的字段：

CREATE TABLE `test` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4

案例一：

案例二：

然而当前读的定义就是能从 buffer 或磁盘获取到已提交数据的最新值，所以这跟事务的可见性其实并不矛盾。

七、相关资料：

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-locking-reads.html

https://dev.mysql.com/doc/dev/mysql-server/latest/classReadView.html

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

https://developer.aliyun.com/article/928196

本文关键字：#MVCC# #并发事务#

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