MVCC（多版本并发控制）

1、 MVCC在MySQL中的实现

MVCC（多版本并发控制）在MySQL中的实现主要依赖于InnoDB存储引擎。以下是MVCC在MySQL中的实现细节：

1. 数据版本管理：

• InnoDB通过为每一行数据添加一个隐藏列`_row_id`来管理多个数据版本。`_row_id`包含两个部分：事务ID和递增的序列号。

• 当对数据进行修改时，InnoDB不会立即覆盖原有的数据，而是创建一个新的数据版本，同时保留旧版本的数据。

• 每个数据版本都有一个唯一的事务ID和时间戳，用于标识数据版本的创建时间和所属事务。

形象的解释：

InnoDB使用隐藏列_row_id来管理多个数据版本，就像给每行数据都添加了一个版本号一样。_row_id由两个部分组成：事务ID和递增的序列号。

当对数据进行修改时，InnoDB不会立即覆盖原有的数据，而是创建一个新的数据版本，就像创建一个新的版本号一样。同时，旧版本的数据也会被保留下来，就像保留旧的版本号一样。

每个数据版本都有一个唯一的事务ID和时间戳，就像每个版本号都有一个唯一的标识符和创建时间一样。事务ID用于标识数据版本的所属事务，时间戳用于标识数据版本的创建时间。

示例：

假设我们有一张名为`users`的表，其中包含两列：`id`和`name`。

CREATE TABLE users (
  id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  name VARCHAR(255) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (id)
);

现在，我们向表中插入一条数据：

INSERT INTO users (name) VALUES ('John Doe');

此时，InnoDB会为这行数据创建一个新的版本，并将其_row_id设置为`1-1`，其中`1`是事务ID，`1`是递增的序列号。

现在，我们修改这行数据：

UPDATE users SET name = 'Jane Doe' WHERE id = 1;

此时，InnoDB会为这行数据创建一个新的版本，并将其_row_id设置为`2-1`，其中`2`是事务ID，`1`是递增的序列号。

现在，我们查询这行数据：

SELECT * FROM users WHERE id = 1;

此时，InnoDB会返回这行数据的最新版本，即_row_id为`2-1`的数据。

我们可以使用以下查询来查看所有数据版本：

SELECT * FROM users ORDER BY _row_id;

这将返回所有数据版本，按_row_id升序排列。

我们可以使用以下查询来查看特定数据版本：

SELECT * FROM users WHERE _row_id = '2-1';

这将返回_row_id为`2-1`的数据版本。

2. Read View：

• 为了确定事务可见的数据版本，InnoDB引入了Read View的概念。Read View包含了事务的启动时间戳，用于确定事务开始时已经存在的数据版本。

• 当事务执行读操作时，会使用Read View来确定可见的数据版本，从而实现事务的隔离性。

形象的解释：

Read View可以想象成一个时间点，它代表了事务开始时的数据库状态。事务只能看到在这个时间点之前已经存在的数据版本。

当事务执行读操作时，InnoDB会使用Read View来确定哪些数据版本对事务可见。如果数据版本在Read View之前创建，那么它对事务是可见的。否则，它对事务是不可见的。

示例：

假设我们有两个事务，T1和T2。T1在时间戳100开始，T2在时间戳200开始。

现在，我们向表中插入一条数据：

INSERT INTO users (name) VALUES ('John Doe');

此时，InnoDB会为这行数据创建一个新的版本，并将其_row_id设置为`1-1`，其中`1`是事务ID，`1`是递增的序列号。

现在，T1执行以下查询：

SELECT * FROM users WHERE id = 1;

此时，T1会看到这行数据的最新版本，即_row_id为`1-1`的数据。

现在，T2执行以下查询：

SELECT * FROM users WHERE id = 1;

此时，T2也会看到这行数据的最新版本，即_row_id为`1-1`的数据。

现在，T1修改这行数据：

UPDATE users SET name = 'Jane Doe' WHERE id = 1;

此时，InnoDB会为这行数据创建一个新的版本，并将其_row_id设置为`2-1`，其中`2`是事务ID，`1`是递增的序列号。

现在，T1再次执行以下查询：

SELECT * FROM users WHERE id = 1;

此时，T1会看到这行数据的最新版本，即_row_id为`2-1`的数据。

但是，T2再次执行以下查询时：

SELECT * FROM users WHERE id = 1;

此时，T2仍然会看到这行数据的旧版本，即_row_id为`1-1`的数据。这是因为T2的Read View是在时间戳200创建的，而这行数据的旧版本是在时间戳100创建的。因此，这行数据的旧版本对T2是可见的。

这说明，T1和T2对同一行数据看到了不同的版本，这是因为它们的Read View不同。T1的Read View是在时间戳100创建的，而T2的Read View是在时间戳200创建的。因此，T1可以看到这行数据的最新版本，而T2只能看到这行数据的旧版本。

3. 并发访问和事务隔离级别：

• MVCC允许读操作和写操作同时进行而不会相互阻塞，从而提高了数据库的并发性能。

• 同时，MVCC实现了不同的事务隔离级别，包括提交读（Read Committed）和可重复读（Repeatable Read）。提交读会在每次查询时创建一个新的Read View，而可重复读则会在事务开始时创建一个固定的Read View。

**提交读（Read Committed）**是一种事务隔离级别，它会在每次查询时创建一个新的Read View。这意味着，当一个事务读取数据时，它只能看到在该事务开始之前已经提交的数据。

**可重复读（Repeatable Read）**是一种事务隔离级别，它会在事务开始时创建一个固定的Read View。这意味着，当一个事务读取数据时，它可以看到在该事务开始之前已经提交的数据，以及在该事务执行期间提交的数据。

形象的比喻：

提交读就像在一个图书馆里看书。当你从书架上取下一本书时，你只能看到这本书在被你取下之前的内容。如果你想看到这本书的最新内容，你需要重新取下这本书。

可重复读就像在一个图书馆里借阅一本书。当你从书架上取下一本书时，你可以看到这本书的所有内容，包括在被你借阅之后添加的内容。

示例：

提交读：在一个银行系统中，当一个客户查询自己的账户余额时，他只能看到在他查询之前已经提交的交易。这意味着，如果另一个客户在他查询之后向他的账户转账，他将看不到这笔转账。

可重复读：在一个在线商店中，当一个客户在一个购物车中添加商品时，他可以看到购物车中的所有商品，包括在他添加商品之后其他客户添加到购物车中的商品。这意味着，他可以在结账之前看到购物车中的所有商品，并确保他没有忘记任何商品。

4. Undo日志：

• InnoDB通过undo日志来实现数据版本的管理，当对数据进行修改时，旧版本的数据会被标记为过期状态，并且相关的undo日志记录会被保留。

• 通过定期清理过期的数据版本和相关的undo日志记录，InnoDB可以保持数据版本的管理效率。

形象的比喻：

Undo日志：就像是一个历史记录簿，它记录了数据库中所有数据的历史变化。当对数据进行修改时，旧版本的数据会被标记为过期状态，并且相关的undo日志记录会被保留。就像是在历史记录簿中添加了一条新的记录，记录了数据的旧版本。

定期清理过期的数据版本和相关的undo日志记录：就像是对历史记录簿进行整理。过期的历史记录会被删除，以节省空间。就像是从历史记录簿中删除了旧的记录，只保留了最新的记录。

示例：

在一个银行系统中，当一个客户向另一个客户转账时，数据库会记录下这次转账的详细信息，包括转账金额、转账时间、转账前后的账户余额等。这些信息都会被记录在undo日志中。

如果客户对这次转账有异议，他可以要求银行撤销这次转账。银行可以通过读取undo日志，找到这次转账的旧版本数据，然后将账户余额恢复到转账前的状态。

为了保持undo日志的效率，数据库会定期清理过期的数据版本和相关的undo日志记录。例如，数据库可能会设置一个规则，只保留最近一个月的undo日志记录。这样，就可以删除过期的undo日志记录，节省存储空间。

总结：

Undo日志就像是一个历史记录簿，它记录了数据库中所有数据的历史变化。通过定期清理过期的数据版本和相关的undo日志记录，数据库可以保持undo日志的效率。

5. 示例：

• 假设有两个事务T1和T2，T1在时间戳100时读取数据，T2在时间戳200时修改了数据。

• 当T1再次读取数据时，它将看到时间戳为100的数据版本，而T2将看到时间戳为200的数据版本。

• 这确保了T1和T2不会看到彼此修改的数据，从而实现了事务的隔离性。

通过以上详细讲解，你可以更好地理解MVCC在MySQL中的实现方式，以及它是如何提高数据库的并发性能和实现不同的事务隔离级别的。MVCC作为InnoDB存储引擎的重要特性，对于理解MySQL数据库的并发控制机制非常重要。

2、介绍MVCC的概念

MVCC是什么？

• MVCC（Multi-Version Concurrency Control）是一种并发控制机制，它允许多个事务同时读取和修改相同的数据，而不会产生脏读、幻读和不可重复读等问题。

  MVCC的基本思想是为每个事务创建一个独立的版本的数据。当一个事务读取数据时，它读取的是该事务开始时的数据版本。当一个事务修改数据时，它会创建一个新的数据版本，而不会覆盖旧的数据版本。其他事务仍然可以看到旧的数据版本。

  MVCC通过使用以下两种机制来实现：

  * **多版本读：**每个事务都有自己的快照，它可以看到事务开始时的数据库状态。当事务读取数据时，它读取的是事务快照中的数据版本。

  * **多版本写：**当一个事务修改数据时，它会创建一个新的数据版本，而不会覆盖旧的数据版本。其他事务仍然可以看到旧的数据版本。

  MVCC的优点包括：

  * **提高并发性：**MVCC允许多个事务同时读取和修改相同的数据，而不会产生脏读、幻读和不可重复读等问题。

  * **减少锁的使用：**MVCC不需要使用锁来保护数据，这可以提高数据库的性能。

  * **提高可扩展性：**MVCC可以很好地扩展到大型数据库系统。

  MVCC的缺点包括：

  * **空间开销：**MVCC需要为每个事务维护一个快照，这会增加数据库的空间开销。

  * **时间开销：**MVCC需要在每个事务开始时创建快照，这会增加数据库的时间开销。

  MVCC是数据库系统中常用的并发控制机制。它可以提高并发性、减少锁的使用和提高可扩展性。

  示例：

  在一个银行系统中，有两个事务同时对同一个账户进行转账操作。

  * 事务A读取账户余额为1000元。

  * 事务B读取账户余额为1000元。

  * 事务A将账户余额转账500元给另一个账户。

  * 事务B将账户余额转账500元给另一个账户。

  在MVCC下，事务A和事务B都可以成功地完成转账操作。这是因为：

  * 事务A读取账户余额时，它读取的是事务开始时的账户余额，即1000元。

  * 事务B读取账户余额时，它读取的是事务开始时的账户余额，即1000元。

  * 事务A将账户余额转账500元给另一个账户后，它创建了一个新的数据版本，其中账户余额为500元。

  * 事务B将账户余额转账500元给另一个账户后，它创建了一个新的数据版本，其中账户余额为500元。

  事务A和事务B可以看到不同的数据版本，因此它们不会产生脏读、幻读和不可重复读等问题。

为什么MVCC对数据库性能和事务隔离级别很重要？

• MVCC（Multi-Version Concurrency Control）对数据库性能和事务隔离级别很重要，原因如下：

  1. 提高并发性

  MVCC允许多个事务同时读取和修改相同的数据，而不会产生脏读、幻读和不可重复读等问题。这大大提高了数据库的并发性，允许更多的用户同时访问数据库。

  2. 减少锁的使用

  MVCC不需要使用锁来保护数据，这可以提高数据库的性能。在传统的事务处理系统中，当一个事务修改数据时，它需要对数据加锁，以防止其他事务同时修改相同的数据。这可能会导致锁争用和死锁，从而降低数据库的性能。MVCC通过使用多版本数据来避免锁争用和死锁，从而提高了数据库的性能。

  3. 提高可扩展性

  MVCC可以很好地扩展到大型数据库系统。在传统的事务处理系统中，随着数据库规模的增长，锁争用和死锁的可能性也会增加，从而降低数据库的性能。MVCC通过使用多版本数据来避免锁争用和死锁，从而提高了数据库的可扩展性。

  4. 支持不同的事务隔离级别

  MVCC可以支持不同的事务隔离级别，包括读未提交、读已提交、可重复读和串行化。不同的事务隔离级别对数据一致性和并发性有不同的要求。MVCC可以通过使用不同的并发控制机制来支持不同的事务隔离级别。

  例如，在读未提交隔离级别下，MVCC允许事务读取其他事务未提交的数据。这可能会导致脏读问题。在读已提交隔离级别下，MVCC只允许事务读取其他事务已提交的数据。这可以避免脏读问题。在可重复读隔离级别下，MVCC保证一个事务在整个执行过程中看到的数据都是一致的。这可以避免幻读和不可重复读问题。在串行化隔离级别下，MVCC保证所有的事务都是串行执行的。这可以避免所有的事务隔离问题。

  总之，MVCC对数据库性能和事务隔离级别很重要。它可以提高并发性、减少锁的使用、提高可扩展性和支持不同的事务隔离级别。

3、MVCC在InnoDB中的实现

数据版本的管理

• InnoDB使用MVCC来实现事务隔离和并发控制。InnoDB中的数据版本管理主要包括以下几个方面：

  1. 数据行版本

  InnoDB中的每个数据行都有一个版本号，称为行版本号（row version number）。行版本号是一个6字节的整数，它表示该数据行的版本。当数据行被修改时，其行版本号就会增加。

  2. 回滚段

  InnoDB使用回滚段（rollback segment）来存储旧版本的数据行。回滚段是一个特殊的表空间，它由多个回滚段组成。每个回滚段又由多个回滚段区（rollback segment area）组成。回滚段区是回滚段的最小分配单位。

  3. 插入缓冲池

  InnoDB使用插入缓冲池（insert buffer）来缓存新插入的数据行。插入缓冲池是一个内存缓冲区，它可以提高数据插入的性能。当数据行被插入到数据库中时，它首先会被写入到插入缓冲池中。然后，插入缓冲池会定期将数据行刷新到磁盘上的回滚段中。

  4. 读视图

  InnoDB使用读视图（read view）来隔离不同的事务。读视图是一个数据结构，它包含了在某个时间点上数据库中所有活动事务的信息。当一个事务开始执行时，它会创建一个读视图。该读视图包含了在事务开始执行时所有活动事务的信息。事务在执行过程中只能看到读视图中包含的数据。

  5. 快照读

  InnoDB使用快照读（snapshot read）来实现MVCC。快照读是一种特殊的读操作，它可以读取数据行的旧版本。当一个事务执行快照读时，它会使用其读视图来确定要读取的数据行的版本。

  例如，假设有两个事务T1和T2，T1在T2之前开始执行。T1修改了一行数据，并将该数据的行版本号增加到2。然后，T2开始执行，并执行了一个快照读操作。T2的快照读操作会读取该数据行的版本1，而不是版本2。这是因为T2的读视图是在T1修改数据之前创建的。

  总之，InnoDB使用数据行版本、回滚段、插入缓冲池、读视图和快照读来实现MVCC。MVCC可以提高数据库的并发性和可扩展性，并支持不同的事务隔离级别。

Read View的作用

• Read View在InnoDB中的作用是隔离不同的事务，并确保每个事务看到一个一致的数据库状态。Read View是一个数据结构，它包含了在某个时间点上数据库中所有活动事务的信息。当一个事务开始执行时，它会创建一个Read View。该Read View包含了在事务开始执行时所有活动事务的信息。事务在执行过程中只能看到Read View中包含的数据。

  Read View可以防止事务看到其他事务未提交的数据。例如，假设有两个事务T1和T2，T1在T2之前开始执行。T1修改了一行数据，但尚未提交。然后，T2开始执行，并读取了T1修改的数据。如果T2没有使用Read View，它就会看到T1修改后的数据，即使T1尚未提交。这可能会导致数据不一致。

  Read View可以确保T2只能看到T1提交的数据。这是因为T2的Read View是在T1修改数据之前创建的。因此，T2只能看到T1提交的数据。

  Read View还用于实现MVCC。MVCC允许事务读取数据行的旧版本。当一个事务执行快照读时，它会使用其Read View来确定要读取的数据行的版本。

  例如，假设T1在T2之前修改了一行数据。T2执行了一个快照读操作。T2的快照读操作会读取T1修改数据之前的版本。这是因为T2的Read View是在T1修改数据之前创建的。

  总之，Read View在InnoDB中的作用是隔离不同的事务，并确保每个事务看到一个一致的数据库状态。Read View还可以用于实现MVCC。

  以下是一些Read View的具体作用：

  * 确保每个事务看到一个一致的数据库状态。

  * 防止事务看到其他事务未提交的数据。

  * 实现MVCC，允许事务读取数据行的旧版本。

  * 支持不同的事务隔离级别。

  Read View是InnoDB MVCC实现的一个重要组成部分。它有助于提高数据库的并发性和可扩展性，并支持不同的事务隔离级别。