2017-12-07

DB / mysql

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171207-MySQL的MVCC（多版本并发控制）

MySQL的MVCC（多版本并发控制）

MVCC全称是： Multiversion concurrency control，多版本并发控制，提供并发访问数据库时，对事务内读取的到的内存做处理，用来避免写操作堵塞读操作的并发问题。

举个例子，程序员A正在读数据库中某些内容，而程序员B正在给这些内容做修改（假设是在一个事务内修改，大概持续10s左右），A在这10s内则可能看到一个不一致的数据，在B没有提交前，如何让A能够一直读到的数据都是一致的呢？

有几种处理方法，第一种：基于锁的并发控制，程序员B开始修改数据时，给这些数据加上锁，程序员A这时再读，就发现读取不了，处于等待情况，只能等B操作完才能读数据，这保证A不会读到一个不一致的数据，但是这个会影响程序的运行效率。还有一种就是：MVCC，每个用户连接数据库时，看到的都是某一特定时刻的数据库快照，在B的事务没有提交之前，A始终读到的是某一特定时刻的数据库快照，不会读到B事务中的数据修改情况，直到B事务提交，才会读取B的修改内容。

一个支持MVCC的数据库，在更新某些数据时，并非使用新数据覆盖旧数据，而是标记旧数据是过时的，同时在其他地方新增一个数据版本。因此，同一份数据有多个版本存储，但只有一个是最新的。

MVCC提供了时间一致性的处理思路，在MVCC下读事务时，通常使用一个时间戳或者事务ID来确定访问哪个状态的数据库及哪些版本的数据。读事务跟写事务彼此是隔离开来的，彼此之间不会影响。假设同一份数据，既有读事务访问，又有写事务操作，实际上，写事务会新建一个新的数据版本，而读事务访问的是旧的数据版本，直到写事务提交，读事务才会访问到这个新的数据版本。

MVCC有两种实现方式，

第一种实现方式是将数据记录的多个版本保存在数据库中，当这些不同版本数据不再需要时，垃圾收集器回收这些记录。这个方式被PostgreSQL和Firebird/Interbase采用，SQL Server使用的类似机制，所不同的是旧版本数据不是保存在数据库中，而保存在不同于主数据库的另外一个数据库tempdb中。
第二种实现方式只在数据库保存最新版本的数据，但是会在使用undo时动态重构旧版本数据，这种方式被Oracle和MySQL/InnoDB使用。

InnoDB的MVCC实现机制

MVCC可以认为是行级锁的一个变种，它可以在很多情况下避免加锁操作，因此开销更低。MVCC的实现大都都实现了非阻塞的读操作，写操作也只锁定必要的行。InnoDB的MVCC实现，是通过保存数据在某个时间点的快照来实现的。一个事务，不管其执行多长时间，其内部看到的数据是一致的。也就是事务在执行的过程中不会相互影响。下面我们简述一下MVCC在InnoDB中的实现。

InnoDB的MVCC，通过在每行记录后面保存两个隐藏的列来实现：一个保存了行的创建时间，一个保存行的过期时间（删除时间），当然，这里的时间并不是时间戳，而是系统版本号，每开始一个新的事务，系统版本号就会递增。在RR隔离级别下，MVCC的操作如下

select操作
- InnoDB只查找版本早于（包含等于）当前事务版本的数据行。可以确保事务读取的行，要么是事务开始前就已存在，或者事务自身插入或修改的记录。
- 行的删除版本要么未定义，要么大于当前事务版本号。可以确保事务读取的行，在事务开始之前未删除。
insert操作
将新插入的行保存当前版本号为行版本号
delete操作
将删除的行保存当前版本号为删除标识。
update操作
变为insert和delete操作的组合，insert的行保存当前版本号为行版本号，delete则保存当前版本号到原来的行作为删除标识。

由于旧数据并不真正的删除，所以必须对这些数据进行清理，innodb会开启一个后台线程执行清理工作，具体的规则是将删除版本号小于当前系统版本的行删除，这个过程叫做purge。

简单的小例子

create table wang( 
    id int primary key auto_increment, 
    name varchar(20));
}

假设系统的版本号从1开始.

INSERT

InnoDB为新插入的每一行保存当前系统版本号作为版本号。

第一个事务ID为1；

start transaction;
insert into wang values(NULL,'wang') ;
insert into wang values(NULL,'lao');
insert into wang values(NULL,'san');
commit;

对应在数据中的表如下(后面两列是隐藏列,我们通过查询语句并看不到)：

id	name	创建时间（事务ID）	删除时间
1	wang	1	undefined
2	lao	1	undefined
3	san	1	undefined

SELECT

InnoDB会根据以下两个条件检查每行记录:

InnoDB只会查找版本早于当前事务版本的数据行(也就是,行的系统版本号小于或等于事务的系统版本号)，这样可以确保事务读取的行，要么是在事务开始前已经存在的，要么是事务自身插入或者修改过的
行的删除版本要么未定义,要么大于当前事务版本号,这可以确保事务读取到的行，在事务开始之前未被删除.

只有a,b同时满足的记录，才能返回作为查询结果

DELETE

InnoDB会为删除的每一行保存当前系统的版本号(事务的ID)作为删除标识.

看下面的具体例子分析:
　　
第二个事务,ID为2;

start transaction;
select * from wang;  //(1)
select * from wang;  //(2)
commit;

假设1：

假设在执行这个事务ID为2的过程中,刚执行到(1),这时,有另一个事务ID为3往这个表里插入了一条数据;

第三个事务ID为3;

1
2
3

start transaction;
insert into wang values(NULL,'tian');
commit;

这时表中的数据如下:

id	name	创建时间（事务ID）	删除时间
1	wang	1	undefined
2	lao	1	undefined
3	san	1	undefined
4	tian	3	undefined

然后接着执行事务2中的(2),由于id=4的数据的创建时间(事务ID为3),执行当前事务的ID为2,而InnoDB只会查找事务ID小于等于当前事务ID的数据行,所以id=4的数据行并不会在执行事务2中的(2)被检索出来,在事务2中的两条select语句检索出来的数据都只会下表:

id	name	创建时间（事务ID）	删除时间
1	wang	1	undefined
2	lao	1	undefined
3	san	1	undefined

假设2：

假设在执行这个事务ID为2的过程中,刚执行到(1),假设事务执行完事务3后，接着又执行了事务4;
第四个事务ID为4:

1
2
3

start transaction;  
delete from wang where id=1;
commit;

此时数据库中的表如下:

id	name	创建时间（事务ID）	删除时间
1	wang	1	4
2	lao	1	undefined
3	san	1	undefined
4	tian	3	undefined

接着执行事务ID为2的事务(2)，根据SELECT 检索条件可以知道,它会检索创建时间(创建事务的ID)小于当前事务ID的行和删除时间(删除事务的ID)大于当前事务的行，而id=4的行上面已经说过,而id=1的行由于删除时间(删除事务的ID)大于当前事务的ID,所以事务2的(2)select * from wang也会把id=1的数据检索出来.所以,事务2中的两条select 语句检索出来的数据都如下:

id	name	创建时间（事务ID）	删除时间
1	wang	1	4
2	lao	1	undefined
3	san	1	undefined

UPDATE

InnoDB执行UPDATE，实际上是新插入了一行记录，并保存其创建时间为当前事务的ID，同时保存当前事务ID到要UPDATE的行的删除时间.

假设3：

假设在执行完事务2的(1)后又执行,其它用户执行了事务3,4,这时，又有一个用户对这张表执行了UPDATE操作:

第五个事务为5:

1
2
3

start  transaction;
update wang set name='San' where id=2;
commit;

根据update的更新原则:会生成新的一行,并在原来要修改的列的删除时间列上添加本事务ID,得到表如下:

id	name	创建时间（事务ID）	删除时间
1	wang	1	4
2	lao	1	5
3	san	1	undefined
4	tian	3	undefined
2	Lao	5	undefined

继续执行事务2的(2),根据select 语句的检索条件,得到下表:

id	name	创建时间（事务ID）	删除时间
1	wang	1	4
2	lao	1	5
3	san	1	undefined

参考资料

mysql的MVCC（多版本并发控制）

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