InnoDB的MVCC机制

CodeAmaz2025-12-14 12:07

InnoDB 的 MVCC 机制详解

MVCC = Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制

典型考点：为什么要有 MVCC？InnoDB 是怎么实现的？和事务隔离级别有什么关系？

一、为什么需要 MVCC？

先看一个典型冲突场景：

  • 事务 A：正在更新一行数据；
  • 事务 B：此时要读这行数据；
  • 如果简单用行锁：
    • 要嘛让 B 等 A 提交（读被阻塞）；
    • 要嘛让 B 读到"未提交"的数据（脏读）；

在高并发场景下，如果大量读都被锁住，性能会非常惨。

MVCC 的目标：

让"读"和"写"尽量互不阻塞：

  • 读：读到一个"对自己来说一致的历史快照"；
  • 写：在自己的版本上改，不影响其他事务看到的历史版本。

一句话：

  • 没有 MVCC：要么锁得很凶，要么读到很脏。
  • 有了 MVCC：大部分"普通查询"可以不用加锁就读到一致性视图。

二、MVCC 在 InnoDB 里能解决什么？

InnoDB 的 MVCC 主要解决两件事：

  1. 提高并发性能：

    • 普通 SELECT（快照读）不用加锁，不会阻塞写；
    • 写操作也只是基于自己的版本链修改。

  2. 实现一致性读（Consistent Read）：

    • 在同一个事务里，多次读取同一行数据，在可重复读（RR）下保持结果一致；
    • 即使其他事务已经提交了新值，对当前事务来说仍然不可见。

注意：MVCC 不是单独存在的，它是 InnoDB 在 RC / RR 隔离级别下实现读一致性的重要手段。

三、InnoDB 表里的"隐藏列"

InnoDB 每一行数据都悄悄多了两个关键隐藏字段（还有一个 DB_ROW_ID 暂不细讲）：

  1. DB_TRX_ID：

    • 最近一次修改这一行的事务 ID；
    • 插入 / 更新行时会写入当前事务 ID。

  2. DB_ROLL_PTR（回滚指针）：

    • 指向 Undo Log（撤销日志）中的记录；
    • 通过它可以找到该行的旧版本 ，形成版本链。

可以想象为：

text 复制代码 
当前行：
  value = 100
  DB_TRX_ID = 80
  DB_ROLL_PTR = 指向上一个版本

Undo Log 里：
  上一个版本：
    value = 80
    DB_TRX_ID = 60
    DB_ROLL_PTR = 指向更早版本

每次更新：

  • 并不是直接覆盖旧数据，而是：
    1. 先把旧值写入 Undo Log 形成一个"历史版本"；
    2. 更新当前行的 value；
    3. 更新 DB_TRX_ID 为当前事务 ID；
    4. 更新 DB_ROLL_PTR 指向刚刚那条 Undo 记录。

于是同一行就有了一个版本链。

四、Undo Log 与版本链

1. Undo Log 的作用

Undo 主要有两个作用：

  1. 回滚事务：

    • 事务失败 / 回滚时，利用 Undo Log 把数据"恢复"到原来的值。

  2. 支持 MVCC：

    • 对于已经提交或正在进行的其他事务，
      可以通过 Undo Log 找到对它们来说可见的历史版本。

2. 版本链示意图

假设有一行数据被多次更新：

text 复制代码 
最新版本在聚簇索引页中：

[当前行]
  id = 1
  value = 300
  DB_TRX_ID = 90
  DB_ROLL_PTR -> Undo#3

Undo 链：

Undo#3:
  old value = 200
  DB_TRX_ID = 70
  DB_ROLL_PTR -> Undo#2

Undo#2:
  old value = 150
  DB_TRX_ID = 60
  DB_ROLL_PTR -> Undo#1

Undo#1:
  old value = 100
  DB_TRX_ID = 50
  DB_ROLL_PTR -> null

当不同事务来读的时候，InnoDB 会：

  • 拿着当前行，从 DB_TRX_ID 和当前事务的Read View（后面讲）比较；
  • 如果该版本不可见，就顺着 DB_ROLL_PTR 去 Undo 里找更老的版本，直到找到一个对当前事务可见的版本。

五、Read View：MVCC 的"视图控制器"

Read View 是 MVCC 的灵魂。

它里面大致记录了：

  • 当前系统中还活跃（未提交）的事务 ID 列表（或区间）；
  • 当前创建 Read View 的事务 ID；
  • 已经分配的最大事务 ID 等信息。

1. 可见性判断规则（核心思路）

当一个事务 T 读取一行记录时，InnoDB 会根据 Read View 判断：

当前版本（或历史某个版本）是否对 T 可见。

简化版规则（直觉就够）：

对某个版本的 DB_TRX_ID 来说：

  1. 如果 DB_TRX_ID 还没开始（大于 Read View 的最大已分配事务 ID）

    → 这个版本来自未来，对当前事务不可见。

  2. 如果 DB_TRX_ID 在当前 Read View 的活跃事务列表中

    → 说明这个修改对应的事务还没提交，对当前事务不可见。

  3. 其他情况：

    • 要么是已经提交的老事务；
    • 要么是当前事务自己；
      → 对当前事务可见。

如果当前版本不可见，就沿着 DB_ROLL_PTR 去 Undo 找上一个版本，再执行同样的判断，直到找到一个可见版本或者链结束。

2. Read View 在什么时候创建？

这和隔离级别有关系（重点：RC / RR）。

  • 在 读已提交（READ COMMITTED） 下：

    • 每一次快照读都会新生成一个 Read View；
    • 因此同一条 SQL 多次执行可能看到不同结果。

  • 在 可重复读（REPEATABLE READ，InnoDB 默认） 下：

    • 一个事务第一次快照读时创建 Read View；
    • 同一事务后续的快照读复用这个 Read View；
    • 所以在事务期间，同一行的快照读结果保持一致。

这就是为什么：

  • RR 下：可以做到"可重复读"；
  • RC 下：每次读看到的是"最新已提交"的版本。

六、快照读 vs 当前读

MVCC 在 InnoDB 中只对**快照读（一致性读）**生效。

1. 快照读（Snapshot Read / Consistent Read）

典型形式：

sql 复制代码 
SELECT * FROM t WHERE id = 1;

特点：

  • 不加锁（不显式 FOR UPDATE / LOCK IN SHARE MODE）；
  • 返回的是：根据 MVCC + Read View 算出来的某个历史版本；
  • 不会阻塞写事务，也不会被写阻塞。

2. 当前读（Current Read）

典型形式：

sql 复制代码 
SELECT ... FOR UPDATE;
SELECT ... LOCK IN SHARE MODE;
UPDATE t SET ... WHERE ...;
DELETE FROM t WHERE ...;
INSERT INTO t VALUES (...);

特点：

  • 当前读要读取的是最新版本，并且要保证之后能安全修改；
  • 通常会加行锁 / 间隙锁等；
  • 用于实现当前读 + 串行化修改的语义。

重点：

  • MVCC + 快照读：解决"并发读"的性能和一致性问题；
  • 锁 + 当前读：解决"并发写 / 并发修改"的安全问题。

七、MVCC 与事务隔离级别的关系

InnoDB 支持的 4 种隔离级别：

  1. READ UNCOMMITTED（读未提交）
  2. READ COMMITTED（读已提交）
  3. REPEATABLE READ（可重复读，默认）
  4. SERIALIZABLE（可串行化）

1. READ UNCOMMITTED

  • 几乎不使用 MVCC，一些实现中连 Undo 可见性都不严格限制；
  • 可以读到未提交数据（脏读）；
  • 不推荐在正常业务中使用。

2. READ COMMITTED（RC）

  • 每次快照读（SELECT）都会创建新的 Read View；
  • 因此能读到别的事务已经提交的最新数据；
  • 可能出现：
    • 不可重复读（同一行第 1 次读和第 2 次读结果不同）；
    • 幻读（范围内多出/少了行）。

RC 下的 MVCC：

  • 解决了脏读问题；
  • 提供"读已提交的最新快照"。

3. REPEATABLE READ（RR，InnoDB 默认）

  • 一个事务第一次快照读时生成 Read View，后续都复用；
  • 因此同一行在同一事务中的多次 SELECT 结果保持一致；
  • 避免了不可重复读。

至于 幻读：

  • 理论上 MVCC 只能解决一部分问题；
  • InnoDB 在 RR 下还会使用间隙锁（Gap Lock）、Next-Key Lock 等配合，
    实现逻辑上的"防幻读"。

RR + MVCC + 间隙锁，是 InnoDB 的核心实现。

4. SERIALIZABLE

  • 所有读都相当于加锁（SELECT 会退化为加共享锁的当前读）；
  • 并发度极低，一般只有在金融等极高一致性要求的场景才会考虑。

八、MVCC 能防什么、不能防什么？

1. 能防：

  • 脏读（搭配 RC / RR）；
  • 不可重复读（在 RR 下）；
  • 在 RR 下配合锁机制，可以避免大部分"幻读"问题。

2. 不能防：

  • MVCC 本身不能完全解决幻读，需要锁机制（间隙锁等）协作；
  • 同一事务中执行"当前读"（比如 SELECT ... FOR UPDATE）时，
    看到的是最新版本，不再是 MVCC 的快照。

九、面试高频问答小抄

Q1：MVCC 是什么？

多版本并发控制，通过为每行数据维护多个版本（Undo Log + 隐藏列），

在不同事务中为快照读提供一致性视图，从而在读多写多的环境中减少锁冲突。

Q2：InnoDB 是如何实现 MVCC 的？

关键点：

  1. 每行有隐藏列：DB_TRX_ID、DB_ROLL_PTR；
  2. 更新时写 Undo Log，形成版本链；
  3. 读取时通过 Read View 判断哪个版本对当前事务可见：
    • 当前版本不可见就顺着 DB_ROLL_PTR 找更旧版本；
  4. 快照读（普通 SELECT）使用 MVCC；当前读（UPDATE / SELECT ... FOR UPDATE）依然加锁。

Q3：MVCC 在 InnoDB 中在哪些隔离级别下起作用？

  • 主要在：READ COMMITTED、REPEATABLE READ 下起作用；
  • RU 几乎不严格走 MVCC；
  • SERIALIZABLE 以加锁读为主。

Q4：RC 和 RR 下的 MVCC 有什么区别？

  • RC：每次 SELECT 都生成新的 Read View → 能读到最新已提交数据；
  • RR：一个事务里首次 SELECT 生成 Read View，后续 SELECT 共享同一个 → 实现可重复读。

Q5：MVCC 和锁的关系？

  • 快照读使用 MVCC，不加锁；
  • 当前读必须加锁，保证修改安全；
  • RR 下的"防幻读"依赖：MVCC + 间隙锁 / Next-Key Lock。

十、小结

  1. **MVCC 的核心目的：**提升并发性能，让读无需加锁还能保持读一致性。
  2. InnoDB 实现 MVCC 的关键要素：
    • 行记录隐藏列：DB_TRX_ID、DB_ROLL_PTR；
    • Undo Log 形成历史版本链；
    • Read View 决定当前事务能看到哪个版本。
  3. 快照读 vs 当前读：
    • 快照读：普通 SELECT，用 MVCC，不加锁；
    • 当前读：UPDATE / DELETE / SELECT ... FOR UPDATE，需要加锁。
  4. 和隔离级别关系：
    • RC：每次读新建 Read View；
    • RR：事务内共享 Read View，实现可重复读。

理解了这些，你就可以在面试里从"为什么需要 MVCC → InnoDB 的实现细节 → 和隔离级别的关系"一条线讲下来，非常完整。

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