MVVC(多版本并发控制)

时间:2021-08-07
本文章向大家介绍MVVC(多版本并发控制),主要包括MVVC(多版本并发控制)使用实例、应用技巧、基本知识点总结和需要注意事项,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下。

1、MVCC

​   MVCC,全称Multi-Version Concurrency Control,即多版本并发控制。MVCC是一种并发控制的方法,一般在数据库管理系统中,实现对数据库的并发访问,在编程语言中实现事务内存。MVCC在MySQL InnoDB中的实现主要是为了提高数据库并发性能,用更好的方式去处理读写冲突,做到即使有读写冲突时,也能做到不加锁,非阻塞并发读。

2、当前读

​  像select lock in share mode(共享锁), select for update ; update, insert ,delete(排他锁)这些操作都是一种当前读,为什么叫当前读?就是它读取的是记录的最新版本,读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录,会对读取的记录进行加锁。

3、快照读(提高数据库的并发查询能力)

​  像不加锁的select操作就是快照读,即不加锁的非阻塞读;快照读的前提是隔离级别不是串行级别,串行级别下的快照读会退化成当前读;之所以出现快照读的情况,是基于提高并发性能的考虑,快照读的实现是基于多版本并发控制,即MVCC,可以认为MVCC是行锁的一个变种,但它在很多情况下,避免了加锁操作,降低了开销;既然是基于多版本,即快照读可能读到的并不一定是数据的最新版本,而有可能是之前的历史版本

4、当前读、快照读、MVCC关系

​  MVCC多版本并发控制指的是维持一个数据的多个版本,使得读写操作没有冲突,快照读是MySQL为实现MVCC的一个非阻塞读功能。MVCC模块在MySQL中的具体实现是由三个隐式字段,undo日志、read view三个组件来实现的。

5、MVCC解决的问题

​   数据库并发场景有三种,分别为:

​   1、读读:不存在任何问题,也不需要并发控制

​   2、读写:有线程安全问题,可能会造成事务隔离性问题,可能遇到脏读、幻读、不可重复读

​   3、写写:有线程安全问题,可能存在更新丢失问题

​  MVCC是一种用来解决读写冲突的无锁并发控制,也就是为事务分配单项增长的时间戳,为每个修改保存一个版本,版本与事务时间戳关联,读操作只读该事务开始前的数据库的快照,所以MVCC可以为数据库解决一下问题:

​   1、在并发读写数据库时,可以做到在读操作时不用阻塞写操作,写操作也不用阻塞读操作,提高了数据库并发读写的性能

​   2、解决脏读、幻读、不可重复读等事务隔离问题,但是不能解决更新丢失问题

6、MVCC实现原理

​   mvcc的实现原理主要依赖于记录中的三个隐藏字段,undolog,read view来实现的。

​   隐藏字段每行记录除了我们自定义的字段外,还有数据库隐式定义的DBTRXID,DBROLLPTR,DBROWID等字段

​     DBTRXID:6字节,最近修改事务id,记录创建这条记录或者最后一次修改该记录的事务id

​     DBROLLPTR:7字节,回滚指针,指向这条记录的上一个版本,用于配合undolog,指向上一个旧版本

​     DBROWJD:6字节,隐藏的主键,如果数据表没有主键,那么innodb会自动生成一个6字节的row_id

    DBROWID是数据库默认为该行记录生成的唯一隐式主键,DBTRXID是当前操作该记录的事务ID,DBROLLPTR是一个回滚指针,用于配合undo日志,指向上一个旧版本

​   undo logundolog被称之为回滚日志,表示在进行insert,delete,update操作的时候产生的方便回滚的日志

​     当进行insert操作的时候,产生的undolog只在事务回滚的时候需要,并且在事务提交之后可以被立刻丢弃;当进行update和delete操作的时候,产生的undolog不仅仅在事务回滚的时候需要,在快照读的时候也需要,所以不能随便删除,只有在快照读或事务回滚不涉及该日志时,对应的日志才会被purge线程统一清除(当数据发生更新和删除操作的时候都只是设置一下老记录的deletedbit,并不是真正的将过时的记录删除,因为为了节省磁盘空间,innodb有专门的purge线程来清除deletedbit为true的记录,如果某个记录的deleted_id为true,并且DBTRXID相对于purge线程的read view 可见,那么这条记录一定时可以被清除的)。不同事务或者相同事务的对同一记录的修改,会导致该记录的undolog生成一条记录版本线性表,即链表,undolog的链首就是最新的旧记录,链尾就是最早的旧记录。

​   Read View:Read View是事务进行快照读操作的时候生产的读视图,在该事务执行快照读的那一刻,会生成一个数据系统当前的快照,记录并维护系统当前活跃事务的id,事务的id值是递增的。

    其实Read View的最大作用是用来做可见性判断的,也就是说当某个事务在执行快照读的时候,对该记录创建一个Read View的视图,把它当作条件去判断当前事务能够看到哪个版本的数据,有可能读取到的是最新的数据,也有可能读取的是当前行记录的undolog中某个版本的数据

​    Read View遵循的可见性算法主要是将要被修改的数据的最新记录中的DBTRXID(当前事务id)取出来,与系统当前其他活跃事务的id去对比,如果DBTRXID跟Read View的属性做了比较,不符合可见性,那么就通过DBROLLPTR回滚指针去取出undolog中的DBTRXID做比较,即遍历链表中的DBTRXID,直到找到满足条件的DBTRXID,这个DBTRXID所在的旧记录就是当前事务能看到的最新老版本数据。

​     Read View的可见性规则如下所示,首先要知道Read View中的三个全局属性:

​       trx_list:一个数值列表,用来维护Read View生成时刻系统正活跃的事务ID(1,2,3)

​       uplimitid:记录trx_list列表中事务ID最小的ID(1)

​       lowlimitid:Read View生成时刻系统尚未分配的下一个事务ID,(4)

​     具体的比较规则如下:

​     1、首先比较DBTRXID < uplimitid,如果小于,则当前事务能看到DBTRXID所在的记录,如果大于等于进入下一个判断

​     2、接下来判断DBTRXID >= lowlimitid,如果大于等于则代表DBTRXID所在的记录在Read View生成后才出现的,那么对于当前事务肯定不可见,如果小于,则进入下一步判断

​     3、判断DBTRXID是否在活跃事务中,如果在,则代表在Read View生成时刻,这个事务还是活跃状态,还没有commit,修改的数据,当前事务也是看不到,如果不在,则说明这个事务在Read View生成之前就已经开始commit,那么修改的结果是能够看见的。

7、RC、RR级别下的InnoDB快照读有什么不同

​   因为Read View生成时机的不同,从而造成RC、RR级别下快照读的结果的不同

​   1、在RR级别下的某个事务的对某条记录的第一次快照读会创建一个快照即Read View,将当前系统活跃的其他事务记录起来,此后在调用快照读的时候,还是使用的是同一个Read View,所以只要当前事务在其他事务提交更新之前使用过快照读,那么之后的快照读使用的都是同一个Read View,所以对之后的修改不可见

​   2、在RR级别下,快照读生成Read View时,Read View会记录此时所有其他活动和事务的快照,这些事务的修改对于当前事务都是不可见的,而早于Read View创建的事务所做的修改均是可见

​   3、在RC级别下,事务中,每次快照读都会新生成一个快照和Read View,这就是我们在RC级别下的事务中可以看到别的事务提交的更新的原因。

总结:在RC隔离级别下,是每个快照读都会生成并获取最新的Read View,而在RR隔离级别下,则是同一个事务中的第一个快照读才会创建Read View,之后的快照读获取的都是同一个Read View.

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