多版本并发控制(MVCC,Multi-Version Concurrency Control)是一种用于实现数据库并发控制的技术,允许多个事务同时读取和写入数据库而不会相互阻塞,从而提高系统的并发性能和响应速度。MVCC通过维护数据的多个版本来实现这一点。以下是MVCC的实现细节,特别是以MySQL的InnoDB存储引擎为例:
关键概念
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版本链(Version Chain):
- 每个数据行都有多个版本,这些版本通过链表连接起来。每次数据更新时,都会创建一个新版本,而旧版本仍然保留以供并发事务访问。
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隐藏列:
- InnoDB在每行记录中维护两个额外的隐藏列:
- 事务ID(trx_id):记录创建该版本的事务ID。
- 回滚指针(roll_ptr):指向撤销日志(undo log),用于恢复旧版本。
- InnoDB在每行记录中维护两个额外的隐藏列:
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撤销日志(Undo Log):
- 撤销日志记录了每次数据修改之前的旧值。在事务回滚时,可以利用这些日志恢复数据的旧版本。
MVCC的实现细节
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读取操作:
- 快照读(Snapshot Read) :读取操作会读取事务开始时的快照视图,这个视图包含了在该事务开始时已经提交的数据版本。这样即使其他事务在此期间对数据进行了修改,也不会影响当前事务的读取。
- 实现快照读的方法是,事务在开始时会记录当前的系统版本号,然后在读取数据时,通过比较每个数据行的事务ID和系统版本号来确定应该读取的数据版本。
- 当前读(Current Read) :读取操作直接读取最新版本的数据,用于加锁的读取操作,如
SELECT ... FOR UPDATE
和SELECT ... LOCK IN SHARE MODE
。
- 快照读(Snapshot Read) :读取操作会读取事务开始时的快照视图,这个视图包含了在该事务开始时已经提交的数据版本。这样即使其他事务在此期间对数据进行了修改,也不会影响当前事务的读取。
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写入操作:
- 当事务进行写操作(INSERT、UPDATE、DELETE)时,会创建一个新的数据版本,并将其事务ID记录在新版本的trx_id中。
- 旧版本的数据不会立即删除,而是保存在撤销日志中,以便并发事务可以继续访问它们。
- INSERT:插入一条新记录,分配一个新的事务ID,并将其记录在trx_id中。
- UPDATE:将旧版本标记为删除,并创建一个新版本,新的事务ID记录在新版本的trx_id中。
- DELETE:将记录标记为删除,并记录删除操作的事务ID。
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事务隔离级别:
- 读已提交(READ COMMITTED):每次读取操作都读取最新的已提交版本。
- 可重复读(REPEATABLE READ):事务在开始时创建一个一致性视图,所有读取操作都基于这个视图,即使在事务期间有其他事务提交了修改,这个视图仍然保持不变。
MVCC的具体操作流程(以InnoDB为例)
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事务开始:
- 记录当前系统版本号(事务ID)。
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读取操作:
- 检查每行数据的事务ID。
- 对于快照读,如果数据行的事务ID小于等于当前事务的系统版本号,并且行的删除版本号大于当前事务的系统版本号,则该行数据对当前事务可见。
- 对于当前读,直接读取最新版本的数据。
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写入操作:
- 为每个写操作分配一个新的事务ID。
- 将旧版本的数据保存在撤销日志中,以便其他并发事务可以继续访问这些旧版本。
- 创建新的数据版本,记录新的事务ID。
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事务提交:
- 提交事务,将当前事务ID记录为已提交版本。
- 释放锁并使新数据版本可见给其他事务。
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事务回滚:
- 使用撤销日志恢复旧版本的数据。
通过上述机制,MVCC在保证数据一致性的同时,提高了并发性能,减少了读写操作的锁竞争,使得数据库系统能够更高效地处理并发事务。