深入分析理解mysql的MVCC

一、MVCC 的核心思想

目标 ：

允许读写操作并发执行，读操作不阻塞写操作，写操作不阻塞读操作，从而避免锁竞争。

基本原理：

• 每个事务修改数据时生成数据的新版本（版本链）。
• 读操作根据事务启动时刻的"快照"读取对应版本的数据，而非直接读取最新数据。

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二、MVCC 的底层实现

1. 数据行的隐藏字段

InnoDB 每行数据包含三个隐藏字段：

字段名	描述
DB_TRX_ID	最近修改该行的事务ID（插入或更新时更新）
DB_ROLL_PTR	回滚指针，指向 Undo Log 中旧版本数据的指针（构成版本链）
DB_ROW_ID	隐式自增行ID（无主键时自动生成）

2. Undo Log 与版本链

• Undo Log：记录数据修改前的旧值，用于回滚和构建历史版本。

• 版本链 ：通过 DB_ROLL_PTR 将同一行数据的多个版本连接成链表，结构如下：

  最新数据行 → Undo Log V3 → Undo Log V2 → Undo Log V1

  每个 Undo Log 包含：旧数据值 + 生成该版本的事务ID（DB_TRX_ID）。

3. ReadView（读视图）

• 作用：决定事务能看到哪些版本的数据。
• 关键属性 ：
  • creator_trx_id：创建该 ReadView 的事务ID。
  • m_ids：生成 ReadView 时活跃的事务ID集合。
  • min_trx_id：m_ids 中的最小事务ID。
  • max_trx_id：生成 ReadView 时系统将分配的下一个事务ID。

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三、MVCC 的可见性规则

判断数据版本对当前事务是否可见的算法：

1. 数据版本的 DB_TRX_ID < min_trx_id → 可见（版本在 ReadView 生成前已提交）。
2. 数据版本的 DB_TRX_ID > max_trx_id → 不可见（版本在 ReadView 生成后创建）。
3. 数据版本的 DB_TRX_ID ∈ [min_trx_id, max_trx_id) ：
   • 若 DB_TRX_ID ∉ m_ids → 可见（事务已提交）。
   • 若 DB_TRX_ID ∈ m_ids → 不可见（事务未提交）。
4. 若数据版本由当前事务自身修改 → 可见。

遍历版本链：从最新版本开始，依次判断直到找到第一个可见的版本。

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四、MVCC 在事务隔离级别中的行为

1. READ COMMITTED（读已提交）

• ReadView 生成时机：每次执行 SELECT 时生成新 ReadView。
• 效果 ：
  能读取到其他事务已提交的最新数据，存在不可重复读和幻读问题。

2. REPEATABLE READ（可重复读）

• ReadView 生成时机：第一次执行 SELECT 时生成，后续复用同一 ReadView。
• 效果 ：
  整个事务中看到的数据版本一致，解决了不可重复读，但幻读需配合间隙锁。

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五、MVCC 的读写操作流程

1. SELECT 操作（快照读）

1. 获取事务的 ReadView
2. 遍历数据行的版本链
3. 返回第一个符合可见性规则的版本数据

2. UPDATE/DELETE 操作（当前读）

1. 加行锁（X锁）
2. 读取最新数据版本（需处理其他事务的锁冲突）
3. 生成新版本数据并插入版本链
4. 更新 DB_TRX_ID 和 DB_ROLL_PTR

3. INSERT 操作

1. 直接插入新行，DB_TRX_ID = 当前事务ID
2. DB_ROLL_PTR 指向空（无历史版本）

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六、MVCC 的优缺点

优点：

• 高并发：读写操作不互相阻塞。
• 避免锁竞争：减少死锁概率。
• 快速回滚：利用 Undo Log 实现事务原子性。

缺点：

• 存储开销：需维护多版本数据和 Undo Log。
• 历史版本清理：长事务可能导致 Undo Log 无法及时清理（Purge 线程压力）。
• 写冲突检测延迟：需通过锁机制补充（如间隙锁）。

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七、实战案例：事务并发场景

场景描述：

• 事务A（TrxID=100）：SELECT * FROM users WHERE id=1;
• 事务B（TrxID=101）：UPDATE users SET name='Bob' WHERE id=1; COMMIT;
• 事务A再次执行相同 SELECT。

执行过程（隔离级别=REPEATABLE READ）：

1. 事务A首次 SELECT：

   • 生成 ReadView：creator_trx_id=100, m_ids=[100,101], min=100, max=102。
   • 若数据行 DB_TRX_ID=99（已提交）→ 可见。

2. 事务B提交 UPDATE：

   • 数据行更新为 DB_TRX_ID=101，生成新版本。

3. 事务A再次 SELECT：

   • 复用原 ReadView。
   • 最新版本 DB_TRX_ID=101（属于 m_ids 且未提交 → 不可见）。
   • 继续查找旧版本 DB_TRX_ID=99 → 可见。

结果：事务A两次读取结果一致（可重复读）。

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八、总结

MVCC 是 MySQL 高并发能力的基石，通过 版本链 + ReadView + Undo Log 的组合实现非锁定读。理解其机制可帮助我们：

1. 合理设计事务边界，避免长事务导致版本堆积。
2. 优化查询，利用覆盖索引减少回表。