MySQL MVCC的详解之Read View

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概要

上文中,我们提到了MVCC(Multi-Version Concurrency Control)多版本并发控制,是通过undo log来实现的。那具体是如何实现的呢?将在本文一一道来。

MVCC是为了实现非阻塞读,即提高数据库并发读能力的一种机制。

通常来说,A事务正在修改数据行X,在修改未结束前,B事务要读数据行X,为了避免读到脏数据,B就会被阻塞,直到A事务修改完数据行X,MVCC很好的避免了这种情况的发生。

MVCC是通过保存数据在某个时间点的快照来实现的,即保存一个数据行的多个变更版本(空间换时间)。这些版本就是undo log了,每一行的变更记录就存在undo log中,通过链表联系在一起,构成了一个完整的版本链,供MVCC实现非阻塞读。

例如在可重复读隔离级别下,A事务正在修改数据行X,在修改数据行X前会把其当前记录插入到版本链中,B事务要读数据行X就到版本链中找符合的,这样B就不会被阻塞了。

ps:MySQL的MVCC只作用于在REPEATABLE READ和READ COMMITED两个隔离级别下执行普通的SELECT操作。

在高性能MySQL第三版一书中对MVCC的操作描述如下:
下面来一起探索下具体实现吧。

本文背景:MySQL InnoDB存储引擎。

一、基于UNDO LOG的版本链

在了解版本链之前,首先看一下InnoDB存储引擎的行记录。

1.1、行记录结构

提到MySQL的行记录,肯定会想到行ID、用户数据列等内容,除了这些信息外,还有一些隐藏信息,比如事务ID、回滚指针等其他额外信息,那我们可以得出下图:

其中事务ID(trx_id)、回滚指针(rollback_ptr)是本文要讲的核心。

ps:InnoDB的行记录是存储在聚族索引中的

1.2、了解UNDO LOG

                                            MySQL undo log结构示意图

MySQL的undo log分为两大类:

  1. insert undo:insert 操作产生的,记录了table_id、trx_id、主键各列数据等信息。
  2. update undo:update和delete操作产生的,

虽说update和delete操作产生的undo log都会记录到update undo这个大类,但其记录内容是有很大差距的。

delete操作产生的undo log会记录table_id、trx_id、rollback_ptr、主键各列数据等信息,而update操作产生的undo log会记录更新table_id、trx_id、rollback_ptr、被更新列旧值、主键各列数据等信息。

ps:可以看到undo log中并没有记录用户列数据

1.3、版本链

我们现在在test库下有一个test表:
下面我们经过一系列插入,删除,更新来演示版本链的变迁:

假设当前全局trx_id = 101。

  1. 插入一条数据
bash 复制代码
insert into test (id,num,name,key_id) values (1,1,"bob",11);

此时有:

  1. 更新数据
    1)令id=1的数据name=tom
bash 复制代码
update test set name = "tom" where id = 1;

此时有:

2)令id=1的数据name=join

bash 复制代码
update test set name = "join" where id = 1;

此时有:

  1. 删除数据,删除id=1的数据
bash 复制代码
delete from test where id = 1;

此时有:

如上图,在对id=1这一条记录的插入,更新,删除的过程中构建了一个版本链。其中删除操作,只是在聚簇索引上的记录中打了删除标记,并不会立即删除,而是当没有Read View持有该事务ID时才会有purge线程去真的去删除,之后这块空间才能被使用,为什么不能立即删除呢,主要是因为undo log中并不保存所有的用户列数据,甚至不保存,都是基于聚簇索引中的记录行,在结合undo log内容,在回滚过程中构造某个版本的数据。

另外,我们在1.2小节中强调了 undo log中并不记录用户列数据,这里只是为了表示方便才画了出来,其实MySQL是基于聚簇索引上的记录内容,通过从聚簇索引上的记录roll_ptr开始,依次回滚,直到遇到符合要求的事务ID,构造出最终数据。

假设第二次更新操作开始但未提交时,有个trx_id=107的事务要读id=1的数据,此时发现ID=1的数据trx_id=106且处于活跃状态,则需要沿着版本链回滚,当遇到trx_id=102的记录,结合聚簇索引上的记录和trx_id=102的undo记录,构造出trx_id=102的完整数据,对于trx_id=107的事务来说,该事务是已提交的事务,则读取即可。其实这就是Read View了,详情请看下一章节。

二、Read View

对于READ COMMITED隔离级别,需要读已经提交的数据,那当A事务修改完聚簇索引上的记录X后尚未提交,此时B事务读取记录X,按照定义,此时聚簇索引上的记录是不允许读取的,如何判定呢?就依赖Read View机制了
对于REPEATABLE READ隔离级别,需要重复读数据,那当A事务读取记录X后,B事务修改完聚簇索引上的记录X并提交,此时A事务需要在此读取记录X,按照定义,此时聚簇索引上的记录是不允许读取的,如何判定呢?也就依赖Read View机制了

Read View也称作一致性视图,其主要包含4个主要的内容:

  • m_ids:在生成Read View时,当前系统中活跃的读写事务的事务ID列表;
  • min_trx_id:在生成Read View时,当前系统中活跃的读写事务中最小的事务ID,即m_ids中的最小值;
  • max_trx_id:在生成Read View时,当前系统中活跃的读写事务中最大的事务ID,即系统应该分配给下一个事务的事务ID(全局事务ID的值);
  • creator_trx_id:在生成Read View时,当前事务的事务ID。

其中max_trx_id要注意下,并不一定是m_ids中的最大值,而是生成Read View时的全局事务ID值。因为事务ID时递增(循环)分配的,在RR隔离级别下,假设当前活跃的事务ID有1,2,3,事务ID=3的事务提交后,再开启一个事务A,发起读操作,此时Read View时m_ids=[1,2,4],min_trx_id=1,max_trx_id=4,如果有另一个写事务B提交了,消耗了一个事务ID=4,那么此时事务A进行写操作,就会出现creator_trx_id=5的情况。

为什么会这样呢?我们要明白事务ID的生成并不是开启事务(执行begin操作)时就确定的,而是第一次执行写操作时确定的

而Read View生成时机是在读操作前确定的,但RC与RR还不同,RC是每次读操作前都生成一个Read View(保证可以读已提交数据),而RR是在第一次读操作前生成一个Read View,就不会变动了(保证可重复读)

2.1、判定机制

MySQL根据Read View读要访问的记录依次进行以下判定,来决定是否可访问:

  1. 如果被访问记录的trx_id等于creator_trx_id相等,这意味当前事务在访问它自己修改的记录,允许被访问;
  2. 如果被访问记录的trx_id小于min_trx_id,这意味被访问记录在当前事务生成Read View时已经提交了,允许被访问;
  3. 如果被访问记录的trx_id大于等于max_trx_id,这意味被访问记录在当前事务生成Read View之后产生的,不允许被访问;
  4. 如果被访问记录的trx_id在m_ids中,说明在当前事务生成Read View时被访问记录所属的事务还是活跃的,不允许被访问;
  5. 如果被访问记录的trx_id不在m_ids中,说明在当前事务生成Read View时被访问记录所属的事务已经提交了,允许被访问;

以上的判定机制,是实现RC和RR的基础。

三、参考

1]:庖丁解InnoDB之Undo LOG

2]:正确的理解MySQL的MVCC及实现原理

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