mvcc底层实现原理知道吗

MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制）是一种在数据库系统中用于实现并发控制的技术，它允许多个事务并发地读取和修改数据，而不会发生数据冲突或不一致的问题。MVCC 的核心思想是保存数据的多个版本，这样不同的事务可以读取或修改不同的数据版本，从而避免了传统的锁机制所带来的性能瓶颈。

MVCC 的底层实现原理

1. 版本号和时间戳

版本号:
- 每个数据项都有一个版本号，标识其创建的时间。
- 版本号可以是单调递增的数字，也可以是时间戳。
读版本号:
- 读取操作会获取一个读版本号，用于确定可以读取哪些版本的数据。
写版本号:
- 写操作会生成一个新的版本号，用于标识新版本的数据。

2. 数据版本管理

行级版本:
- 每一行数据都有多个版本，每个版本有自己的版本号。
- 当一个事务开始时，它会读取数据的当前版本，并在此基础上进行修改。
- 修改后的数据会被保存为一个新的版本。
可见性规则:
- 数据的可见性由版本号决定。
- 事务只能看到在其开始之前已经提交的数据版本。

3. 读写分离

快照读 (Snapshot Read):
- 读取操作获取一个快照版本的数据，这个快照反映了事务开始时的数据状态。
- 快照读不会阻塞写操作。
当前读 (Current Read):
- 读取操作获取最新的数据版本。
- 当前读可能会阻塞写操作，因为需要确保读取的是最新提交的数据。

4. 垃圾回收

无效版本清理 :
- 旧的数据版本会被标记为无效，并在适当的时候进行清理。
- 清理过程通常发生在后台，以避免影响性能。

MySQL InnoDB 存储引擎中的 MVCC 实现

MySQL 的 InnoDB 存储引擎使用 MVCC 来支持事务的并发执行。InnoDB 的 MVCC 实现基于以下几个关键概念：

1. 行记录格式

记录元数据 :
- InnoDB 的每一行记录都包含了额外的元数据，用于记录版本信息。
- 包括系统版本号（SYS_ROW_ID）、最低可见版本号（MIN_TRX_ID）和最高可见版本号（MAX_TRX_ID）。

2. 可见性判断

可见性规则 :
- InnoDB 使用事务 ID 来判断数据版本的可见性。
- 如果一个事务 ID 在另一个事务的开始 ID 之前，那么该数据版本对该事务是可见的。
- 可见性规则如下：
  - 事务可以看到自己创建的所有版本。
  - 事务可以看到所有在它开始之前已经提交的版本。
  - 事务看不到在它开始之后创建的版本。
  - 事务看不到尚未提交的版本。

3. 事务隔离级别

REPEATABLE READ:
- InnoDB 在 REPEATABLE READ 隔离级别下使用 Next-Key Locks 来减少幻读的发生。
- Next-Key Locks 是一种行锁和间隙锁的组合，它可以锁定一个范围内的所有行，包括那些还没有被插入的行。
READ COMMITTED:
- 在 READ COMMITTED 隔离级别下，InnoDB 只使用行锁，不会使用 Next-Key Locks。

4. 垃圾回收

事务 ID 回收 :
- InnoDB 会回收已经结束的事务 ID，以便再次使用。
- 事务 ID 的回收过程确保了数据版本的正确性。

示例

假设有一个表 orders，其中包含订单信息。现在有两个事务：事务 A 查询所有订单，事务 B 在事务 A 查询之后插入一条新的订单记录。

示例代码

sql 复制代码

-- 设置隔离级别为 REPEATABLE READ
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

START TRANSACTION;

-- 事务 A 查询所有订单
SELECT * FROM orders WHERE order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-01-31';

-- 此时事务 B 插入一条新订单记录
INSERT INTO orders (order_id, order_date) VALUES (4, '2023-01-15');

-- 事务 A 再次查询
SELECT * FROM orders WHERE order_date BETWEEN '2023-01-01' AND '2023-01-31';

COMMIT;

在这个示例中，事务 A 在两次查询之间，事务 B 插入了一条新的订单记录。由于隔离级别设置为 REPEATABLE READ，事务 A 第二次查询时将不会看到事务 B 插入的新行，这是因为 InnoDB 使用 Next-Key Locks 锁定了查询范围内的所有行。

总结

MVCC 是一种并发控制机制，通过保存数据的多个版本来支持并发读写操作。
MySQL InnoDB 使用 MVCC 来支持事务的并发执行，并通过事务 ID 和版本号来判断数据的可见性。
隔离级别 影响 MVCC 的行为，不同的隔离级别有不同的可见性和锁定策略。
垃圾回收 是 MVCC 的一个重要部分，用于清理不再需要的数据版本。