MVCC 原理 - 技术栈

MVCC（Multiversion Concurrency Control，多版本并发控制）是数据库管理系统（DBMS）中用来实现并发控制的一种技术。它通过为数据库中的数据行创建多个版本，允许多个事务并发执行，并且在保证数据一致性的同时减少锁竞争。

MVCC在事务管理 和并发控制中扮演着重要角色，尤其是在需要高并发的应用场景中（例如：大规模在交易系统、社交网络、金融系统等）。

一、MVCC的基本概念

MVCC 的核心思想是每个事务看到的是数据的一个特定版本 ，并且每个事务对数据的修改不会影响其他事务，知道该事务提交。在读操作 中，MVCC 允许读取到某个时间点的数据快照 ，而写操作不会阻塞读操作，反之亦然。这种机制使得事务之间能够并行执行，提高了数据库的吞吐量。

二、MVCC 的工作原理

MVCC 通过多版本的数据存储 来实现高并发控制，具体过程如下：

1、事务标识 ：每个事务都会被分配一个唯一的标识符（通常是时间戳或序列号），用于标记该事务开始时的数据版本。

2、版本控制：数据库中的每一行数据会保存多个版本，每个版本都包含：

数据的实际内容。
该数据版本的创建时间戳或事务id。
数据的删除时间戳或事务id（如果该数据已经被删除）。

3、读取数据时的快照 ：

当事务执行读操作时，系统会根据事务的标识符，选择一个合适的数据版本来返回。事务只能看到在它开始真会玩提交的事务的修改结果。
可重复读（Repeatable Read）：MVCC 确保同一事务在不同时间读取相同数据时，总是读取相同的版本，即使其他事务对该数据进行了修改或提交

4、写操作时的并发性：当事务进行写操作时，系统会创建该数据的新版本，而不会直接修改现有数据。只有当事务提交后，新版本的数据才会对其他事务可见。

写时复制（Copy-on-write）：为了不影响其他事务，更新操作通常会创建数据的新版本，而不会直接覆盖旧版本。

5、事务提交与回滚：

提交：当事务提交时，它的修改会成为数据库中新的版本，并且可以被其他事务看到。
回滚：如果事务回滚，则它对数据的修改会被丢弃，其他事务依然会看到事务开始时的数据版本。

三、MVCC 的优势

1、提高并发性 ：由于读操作不需要加锁，读操作与写操作可以并行执行，极大地提高了数据库的病发性能。

2、避免读写锁冲突 ：使用多版本的数据存储机制，避免了读操作与写操作之间的锁竞争。这样，读取操作不会被写操作阻塞,反之亦然。

3、提供一致性 ：通过事务标识符和版本控制，MVCC 保证了每个事务的可见性，并确保事务之间的数据隔离性，尤其是在高并发环境下，能共保证事务的可重复度和串行化隔离性。

4、实现了更高效的并发控制：MVCC 能够通过非阻塞的方式来管理并发事务，减少了锁竞争，提高了数据库的吞吐量。

四、MVCC 缺点

1、存储开销 ：由于每个数据行都需要存储多个版本，因此MVCC 会增加一定的存储空间需求。

2、版本清理 ：随着时间的推移，数据库中可能会有大量过期或不再使用的数据版本（以提交事务的历史版本）。这些无用版本需要定期清理，否则会浪费大量的存储空间。

3、复杂性：MVCC 的实现相对比较复杂，涉及事务管理、版本控制、垃圾回收等机制，可能会增加数据库的管理和维护难度。

五、MVCC 在不同数据库中实现

不同的数据库系统采用不同的方式来实现MVCC。以下是几个常见数据库中的MVCC 实现方式：

1、MySQl（InnoDB存储引擎）：

在 InnoDB 中，MVCC 通过 隐式版本控制 来实现，每行数据有两个隐藏的列：一个表示事务开始时的版本（DB_TRX_ID），另一个表示事务结束时的版本（DB_ROLL_PTR）。这些列帮助 InnoDB 判断哪些数据是当前事务可见的，哪些是已经过时的。
通过 Undo Log 存储旧版本数据，确保事务回滚时能够恢复原始数据。

2、PostgreSQL：

PostgreSQL 也使用 MVCC 来实现高并发支持。每行数据存储有 事务 ID，并通过 XMIN 和 XMAX 字段来标记数据版本的创建和删除状态。
PostgreSQL 通过 Vacuum 过程定期清理过期版本，回收不再需要的空间。

3、Oracle：

Oracle 使用 Flashback 技术来实现 MVCC，通过存储每个数据行的历史版本来支持快照读（Snapshot Read）。
Oracle 通过使用 Undo Segment 来存储旧数据版本，并在事务回滚时恢复数据。

六、MVCC 与其他并发控制技术的比较

并发控制技术	MVCC	锁机制
基本思想	使用多个数据版本来控制并发	通过加锁来确保数据一致性
读操作性能	读取不阻塞，多个事务可以并发读取	读操作可能会被写操作阻塞
写操作性能	写操作创建新的数据版本	写操作可能会阻塞其他事务
适用场景	高并发环境，尤其适用于读多写少的场景	适用于需要强隔离性和一致性的事务场景

七、总结

MVCC（多版本并发控制） 是一种高效的数据库并发控制技术，它通过为每行数据创建多个版本，允许多个事务并发执行，同时避免了读写冲突。MVCC 提高了数据库的并发性能，并且保证了数据的一致性和事务隔离性。尽管它需要额外的存储空间，并可能增加版本管理的复杂性，但在高并发应用中，它能够显著提升数据库的性能和响应能力。