MYSQL事务篇--事务隔离机制的实现

Read View在MVCC里是如何工作的?

Read View的四个重要字段

m_ids:指的是创建Read View时 当前数据库中的活跃事务的事务ID列表,注意是一个列表,"活跃事务"指的就是启动了但还没有提交的事务。

min_trx_id:指的是创建Read View时,当前数据库中的活跃事务中事务id最小的事务,也就是m_ids的最小值。

max_trx_id:这个并不是m_ids的最大值,而是创建Read View时当前数据库中应该给下一个事务的id值,也就是全局事务中最大id值+1。

creator_trx_id:指的是创建该Read View的事务的事务id。

聚簇索引记录的两个隐藏列

trx_id:当一个事务对某条聚簇索引记录的进行改动时,就会把该事务的事务id记录在trx_id隐藏列里。

roll_pointer:每次对某条聚簇索引记录进行改动时,都会把旧版本的记录写入到undo日志中,然后这个隐藏列是个指针,指向每一个旧版本的记录,于是就可以通过它找到修改前的记录。

如果记录的 trx_id 值小于 Read View 中的 min_trx_id 值,表示这个版本的记录是在创建 Read View 前已经提交的事务生成的,所以该版本的记录对当前事务可见。

• 如果记录的 trx_id 值大于等于 Read View 中的 max_trx_id 值,表示这个版本的记录是在创建 Read View 后才启动的事务生成的,所以该版本的记录对当前事务不可见。

• 如果记录的 trx_id 值在 Read View 的 min_trx_id 和 max_trx_id 之间,需要判断 trx_id 是否在 m_ids 列表中:

如果记录的 trx_id 在 m_ids 列表中,表示生成该版本记录的活跃事务依然活跃着(还没提交事务),所以该版本的记录对当前事务不可见。

如果记录的 trx_id 不在 m_ids列表中,表示生成该版本记录的活跃事务已经被提交,所以该版本的记录对当前事务可见。

这种通过「版本链」来控制并发事务访问同一个记录时的行为就叫 MVCC(多版本并发控制)。

可重复度读是如何工作的?

可重复读隔离机制是启动时事务时生成一个Read View 然后整个事务期间都用这个Read View。

假设事务A(事务id为51)启动时,紧接着事务B也启动了,那这两个事务创建Read View如下:

事务 A 和 事务 B 的 Read View 具体内容如下:

  • 在事务 A 的 Read View 中,它的事务 id 是 51,由于它是第一个启动的事务,所以此时活跃事务的事务 id 列表就只有 51,活跃事务的事务 id 列表中最小的事务 id 是事务 A 本身,下一个事务 id 则是 52。
  • 在事务 B 的 Read View 中,它的事务 id 是 52,由于事务 A 是活跃的,所以此时活跃事务的事务 id 列表是 51 和 52,活跃的事务 id 中最小的事务 id 是事务 A,下一个事务 id 应该是 53。

接着,在可重复读隔离级别下,事务 A 和事务 B 按顺序执行了以下操作:

  1. 事务 B 读取小林的账户余额记录,读到余额是 100 万;
  2. 事务 A 将小林的账户余额记录修改成 200 万,并没有提交事务;
  3. 事务 B 读取小林的账户余额记录,读到余额还是 100 万;
  4. 事务 A 提交事务;
  5. 事务 B 读取小林的账户余额记录,读到余额依然还是 100 万;

事务B第一次读取小林账户时余额记录时在找到记录后,它会先看这条记录的 trx_id,此时发现 trx_id 为 50,比事务 B 的 Read View 中的 min_trx_id 值(51)还小,这意味着修改这条记录的事务早就在事务 B 启动前提交过了,所以该版本的记录对事务 B 可见的,也就是事务 B 可以获取到这条记录。

接着,事务 A 通过 update 语句将这条记录修改了(还未提交事务),将小林的余额改成 200 万,这时 MySQL 会记录相应的 undo log,并以链表的方式串联起来,形成版本链。

你可以在上图的「记录的字段」看到,由于事务 A 修改了该记录,以前的记录就变成旧版本记录了,于是最新记录和旧版本记录通过链表的方式串起来,而且最新记录的 trx_id 是事务 A 的事务id(trx_id = 51)。

然后事务 B 第二次去读取该记录,发现这条记录的 trx_id 值为 51,在事务 B 的 Read View 的 min_trx_id 和 max_trx_id 之间,则需要判断 trx_id 值是否在 m_ids 范围内,判断的结果是在的,

那么说明这条记录是被还未提交的事务修改的,这时事务 B 并不会读取这个版本的记录。而是沿着undo log 链条往下找旧版本的记录,直到找到 trx_id 「小于」事务 B 的 Read View 中的 min_trx_id 值的第一条记录,所以事务 B 能读取到的是 trx_id 为 50 的记录,也就是小林余额是 100 万的这条记录。

最后,当事物 A 提交事务后,由于隔离级别时「可重复读」,所以事务 B 再次读取记录时,还是基于启动事务时创建的 Read View 来判断当前版本的记录是否可见。所以,即使事物 A 将小林余额修改为 200 万并提交了事务, 事务 B 第三次读取记录时,读到的记录都是小林余额是 100 万的这条记录。

就是通过这样的方式实现了,「可重复读」隔离级别下在事务期间读到的记录都是事务启动前的记录。

读提交是如何工作的?

读提交隔离机制是在每次读取数据的同时,都会生成一个新的Read View。
假设事务 A (事务 id 为51)启动后,紧接着事务 B (事务 id 为52)也启动了,接着按顺序执行了以下操作:
• 事务 B 读取数据(创建 Read View),小林的账户余额为 100 万;
• 事务 A 修改数据(还没提交事务),将小林的账户余额从 100 万修改成了 200 万;
• 事务 B 读取数据(创建 Read View),小林的账户余额为 100 万;
• 事务 A 提交事务;
• 事务 B 读取数据(创建 Read View),小林的账户余额为 200 万;

事务 B 在找到小林这条记录时,会看这条记录的 trx_id 是 51,在事务 B 的 Read View 的 min_trx_id 和 max_trx_id 之间,接下来需要判断 trx_id 值是否在 m_ids 范围内,判断的结果是在的,那么说明这条记录是被还未提交的事务修改的,这时事务 B 并不会读取这个版本的记录。而是,沿着 undo log 链条往下找旧版本的记录,直到找到 trx_id 「小于」事务 B 的 Read View 中的 min_trx_id 值的第一条记录,所以事务 B 能读取到的是 trx_id 为 50 的记录,也就是小林余额是 100 万的这条记录。

在事务 A 提交后,由于隔离级别是「读提交」,所以事务 B 在每次读数据的时候,会重新创建 Read View,此时事务 B 第三次读取数据时创建的 Read View 如下:

事务 B 在找到小林这条记录时,会发现这条记录的 trx_id 是 51,比事务 B 的 Read View 中的 min_trx_id 值(52)还小,这意味着修改这条记录的事务早就在创建 Read View 前提交过了,所以该版本的记录对事务 B 是可见的。

正是因为在读提交隔离级别下,事务每次读数据时都重新创建 Read View,那么在事务期间的多次读取同一条数据,前后两次读的数据可能会出现不一致,因为可能这期间另外一个事务修改了该记录,并提交了事务。

总结

对于「读提交」和「可重复读」隔离级别的事务来说,它们是通过 Read View 来实现的,它们的区别在于创建 Read View 的时机不同:

• 「读提交」隔离级别是在每个 select 都会生成一个新的 Read View,也意味着,事务期间的多次读取同一条数据,前后两次读的数据可能会出现不一致,因为可能这期间另外一个事务修改了该记录,并提交了事务。

• 「可重复读」隔离级别是启动事务时生成一个 Read View,然后整个事务期间都在用这个 Read View,这样就保证了在事务期间读到的数据都是事务启动前的记录。

这两个隔离级别实现是通过「事务的 Read View 里的字段」和「记录中的两个隐藏列」的比对,来控制并发事务访问同一个记录时的行为,这就叫 MVCC(多版本并发控制)。

在可重复读隔离级别中,普通的 select 语句就是基于 MVCC 实现的快照读,也就是不会加锁的。而 select .. for update 语句就不是快照读了,而是当前读了,也就是每次读都是拿到最新版本的数据,但是它会对读到的记录加上 next-key lock 锁。

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