MySQL事务隔离级别的实现原理MVCC

一、什么是MVCC?

MVCC(Multi-Version Concurrency Control)，即多版本并发控制，是并发读写场景下，数据库层面提供的一种解决方案。

数据库的并发场景有以下三种：

1. 读读
   当多个事务同时进行读取操作时，它们之间不存在资源竞争，不会产生任何问题。因为读取操作并不会对数据进行修改。
2. 读写
   在这种场景下，一个事务进行读取操作，另一个事务进行写入操作，可能会引发一系列数据一致性问题，如脏读（读取到其他事务未提交的数据）、不可重复读（在同一事务中多次读取同一数据结果不同）以及幻读（事务执行过程中出现新的符合条件的数据）。
3. 写写
   当多个事务同时尝试对同一数据进行写入操作时，会产生冲突。

MVCC是用来解决第二种场景的。

第三种场景通过加锁解决。

二、事务的四大特性

• 原子性

  事务包含的所有SQL操作要么同时执行成功，要么全部失败回滚。
  通过Undo Log来实现。

  Undo Log中的每条记录都包含指向修改前记录的指针。

• 持久性

  一旦事务提交，不会因为断电等原因导致数据丢失。
  通过Redo Log来实现。

  Redo Log 记录了事务对数据所做的所有修改操作，事务提交之后，就会生成一条记录。

  当数据库系统发生故障重启时，会根据 Redo Log 中的记录，将未持久化到磁盘的数据重新应用到数据库中。

• 隔离性

  各个事务的执行互不影响。

  通过MVCC和加锁实现。

• 一致性

  通过Redo Log、Undo Log、隔离性共同实现。

三、事务的四种隔离级别

• 读未提交
  所有事务都可以看到其他未提交事务的执行结果。
  会产生脏读、不可重复读、幻读问题。

事务1

select name from employee where id = 1;

事务2

update employee set name = '李四' where id = 1;

两个事务并发执行，事务1会读取事务2未提交的数据（脏读）， 即name = '李四'； 事务2提交之后，事务1读取的数据由张三是李四，即产生不可重复读问题。

• 读已提交

  一个事务只能看见已经提交事务所做的改变。

  可能会产生幻读和不可重复读。

• 可重复读

  MySQL事务默认的隔离级别。

  会产生幻读。

事务1

select count(1) from employee where name like = '%张%';

事务2

insert into employee ('name') values('张三丰')

事务3

delete from employee where id = 1;

三个事务并发执行，会产生幻读，事务1执行两次操作，每次获取的结果不一样。

• 串形化
  MySQL提供的最高事务隔离级别，但是会产生性能问题，因为每个事务的操作都有顺序，即串形。

四、MVCC的实现原理

MVCC的实现原理主要由三部分组成，分别是Readview、Undo Log、版本链。

数据库每次的读写操作，都会创建一个Readview（视图），该Readview会包含当前事务ID,、活跃的事务ID（没有commit的)、按照事务ID从小到大排序，未开始的事务ID。

MySQL中每行数据默认都有两个隐藏列，事务ID和回滚指针。

事务ID和主键一样，也是自增的，回滚指针可以用来回滚历史的版本数据。

那么数据库在进行读写操作时，Readview如何判断要读取那条Undo Log呢？

Readview中有当前事务ID, UndoLog中有最新的记录。

• 如果当前事务ID = 最新记录的事务ID，那说明当前数据是本次事务提交的，可以读取。
• 最新记录的事务ID < MIN_TRX_ID, 那说明最新的记录是在本次事务开始执行之前别的事务前提交的，可以读取。
• 最新记录的事务ID > MAX_TRX_ID, 按照回滚指针，找前一个版本的记录，然后执行步骤1，2的判断逻辑。
• MIN_TRX_ID <= 最新记录的事务ID <= MAX_TRX_ID, 按照回滚指针，找前一个版本的记录。

重复上面四个步骤，直到找到匹配的记录。