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InnoDB存储引擎对MVCC的实现

news 来源：原创 2025/7/20 18:32:23

多版本并发控制 (Multi-Version Concurrency Control)

MVCC（Multi-Version Concurrency Control），即多版本并发控制，是一种并发控制方法，主要用于数据库管理系统中实现对数据库的并发访问。以下是MVCC的详细解释：

基本概念

MVCC通过为数据库中的每行数据维护多个版本，使得读操作不需要阻塞写操作，写操作也不需要阻塞读操作，从而提高了数据库的并发性能。在MVCC机制下，当一个事务读取数据时，它看到的是在其开始之前已提交的数据版本，从而保证了数据的一致性。

核心机制

‌版本创建‌：

当事务对数据进行修改时，不会直接在原数据上进行覆盖，而是创建一个新的数据版本。每个版本都有与之相关的创建事务的标识和时间戳。

‌读操作‌：

读事务在执行读取操作时，会根据自身的事务隔离级别，选择一个合适的数据版本进行读取。
在“读已提交”隔离级别下，读取的是已经提交的最新版本。
在“可重复读”隔离级别下，一个事务在第一次读取数据后，后续的读取都会基于第一次读取时确定的数据版本，从而保证了在一个事务内多次读取的一致性。

‌并发控制‌：

多个事务可以同时读取不同版本的数据，而不会相互阻塞，这大大提高了并发度。

‌冲突检测‌：

当写事务尝试提交时，系统会检查新创建的版本与其他并发事务是否存在冲突。如果没有冲突，则提交成功；如果有冲突，则根据隔离级别和预设的规则进行处理，可能导致写事务回滚。

‌Undo Log 支持‌：

通过Undo Log（回滚日志）来保存数据的旧版本，以便在需要回滚或提供特定版本的数据时使用。
实现原理

在MySQL的InnoDB存储引擎中，MVCC的实现主要依赖三个部分：数据库隐式字段、undo log、Read View。

‌隐式字段‌：

InnoDB为每行数据添加了三个隐式字段：DB_ROW_ID（行ID）、DB_TRX_ID（创建事务ID）、DB_ROLL_PTR（回滚指针）。

‌undo log‌：

用于记录数据修改前的版本，以便在需要时回滚到之前的版本。

‌Read View‌：

读事务在执行读取操作时生成的一个读视图，用于确定哪些版本的数据对当前事务可见。
隔离级别

MVCC主要支持READ COMMITTED和REPEATABLE READ这两种隔离级别。在SERIALIZABLE隔离级别下，由于需要加锁来保证事务的串行化，因此不使用MVCC机制。

总结

MVCC通过维护数据的多个版本，并根据事务的隔离级别为读事务提供合适的数据版本，从而在保证并发执行的同时，确保了事务的一致性。它是提高数据库并发性能的重要技术之一。

请注意，以上内容主要基于MySQL的InnoDB存储引擎。不同的数据库系统或存储引擎在实现MVCC时可能会有所不同。在实际应用中，建议参考具体数据库系统的官方文档。

一致性非锁定读和锁定读

在数据库事务管理中，尤其是在InnoDB存储引擎中，MySQL 提供了多种事务隔离级别来控制不同事务之间的并发访问。一致性非锁定读和一致性锁定读是两种常见的读操作，它们涉及如何保证事务隔离和数据一致性。以下是对这两种读操作的详细说明：

一致性非锁定读（Consistent Non-Locking Read）

一致性非锁定读是一种不加锁的读取操作，执行时不对数据加锁。这种操作通常用于事务的读取，允许多个事务并发读取同一数据而不会阻塞其他事务。为了确保数据的一致性，数据库会通过多版本并发控制（MVCC, Multi-Version Concurrency Control）来保证每个事务看到的是一致的视图。不对数据加锁，允许并发读取，使用MVCC来提供一致性保证，即通过读取事务开始时的快照数据，使得读取的结果一致且不受其他事务影响。

‌特点‌：

不对读取的数据加锁。
使用MVCC来提供一致性保证。
允许多个事务并发读取同一数据，不会阻塞其他事务。
常见于读已提交（Read Committed）和可重复读（Repeatable Read）隔离级别中。

‌示例‌：
START TRANSACTION;
SELECT * FROM accounts WHERE balance > 1000;

在可重复读隔离级别下，以上查询操作是一致性非锁定读，它通过MVCC确保事务在执行期间的一致性，并且在没有加锁的情况下能够读取数据。

一致性锁定读（Consistent Locking Read）

一致性锁定读是一种加锁的读取操作，通过在读取数据时加锁来确保数据的一致性。这种类型的读操作通常会阻塞其他事务对同一数据的修改或读取，直到当前事务完成。它适用于需要保证数据一致性且涉及数据修改的场景。

‌特点‌：

对读取的数据加锁，保证数据在读取期间不被其他事务修改。
可以防止脏读、不可重复读和幻读的发生。
可以在行级锁上加锁，从而锁定某行数据直到事务提交或回滚。
常见于可重复读（Repeatable Read）和串行化（Serializable）隔离级别中。

‌示例‌：
START TRANSACTION;
SELECT * FROM accounts WHERE balance > 1000 FOR UPDATE;

在可重复读隔离级别下，以上查询操作是一致性锁定读，通过FOR UPDATE子句，数据库会在读取时加排他锁，防止其他事务修改这条记录。

总结
一致性非锁定读适用于数据查询，不会阻塞其他事务的操作，适合高并发的环境。
一致性锁定读适用于需要修改数据或者对数据的一致性要求比较高的场景，如进行更新、删除等操作之前的读取。

通过理解这两种操作的区别，可以在不同的并发场景中选择合适的读取方式，达到最佳的性能与数据一致性保证。

请注意，以上内容仅供参考，具体实现和效果可能因MySQL版本和配置的不同而有所差异。在实际应用中，建议根据具体需求和场景选择合适的事务隔离级别和读操作方式。

InnoDB 对 MVCC 的实现

InnoDB是MySQL最常用的存储引擎之一，它支持事务处理、行级锁定和外键约束等高级功能。InnoDB通过多版本并发控制（MVCC）来提高数据库的并发性能，并处理读写冲突。MVCC的实现主要依赖于以下几个组件：

‌隐藏字段‌：

InnoDB在每行数据中存储了一些隐藏字段，这些字段对于MVCC的实现至关重要。这些字段包括：
‌DB_TRX_ID‌：表示最近修改该记录的事务ID。
‌DB_ROLL_PTR‌：指向这条记录的上一个版本（存储在回滚段rollback segment中）。
‌DB_ROW_ID‌：隐含的自增ID，如果数据表没有主键，InnoDB会自动以DB_ROW_ID产生一个聚簇索引。
‌DELETE_BIT‌：记录被更新或删除的标志位。

‌Undo日志‌：

当数据被修改时，原始数据会被存储在Undo日志中。这允许系统在需要时构造出数据的早期版本。Undo日志记录了数据修改前的状态，用于事务回滚和多版本并发控制。

‌ReadView（读视图）‌：

ReadView用于判断事务可见性。当事务开始时，InnoDB会为该事务创建一个“读视图”，记录并维护系统当前活跃事务的ID。ReadView包含以下信息：
‌creator_trx_id‌：事务开始时的事务ID。
‌trx_ids‌：事务开始时所有活跃事务的ID列表。
‌up_limit_id‌：活跃事务中最小的事务ID。
‌low_limit_id‌：事务开始时系统中最大的事务ID+1。
ReadView用于判断某个版本的数据对当前事务是否可见。

‌版本链‌：

每个数据行都有一个版本链，记录了该行的所有历史版本。每个版本都包含一个事务ID和可能的前一个版本的指针。当事务读取数据时，InnoDB会根据读视图和版本链来选择合适的版本。

‌事务ID和可见性规则‌：

每个事务在开始时都会被分配一个唯一的事务ID，用于确定数据版本的可见性。事务在读取数据时，会根据事务快照选择合适的数据版本。读操作不会阻塞其他读操作或写操作，减少了锁的竞争，提高了并发性能。

‌执行流程‌：

当数据被修改时，原始数据会被复制到Undo日志中，并更新当前记录的DB_TRX_ID和DB_ROLL_PTR。当事务读取数据时，InnoDB会根据ReadView和版本链来判断哪个版本的数据对当前事务是可见的。

通过上述机制，InnoDB的MVCC能够在保证事务隔离性的同时，提高数据库的并发访问性能。MVCC允许不同事务看到不同时间点的数据快照，从而减少了锁的竞争，提高了并发性能。

请注意，MVCC的实现和细节可能会因数据库版本和配置的不同而有所差异。上述描述基于当前搜索结果中提供的信息，并可能随着技术的发展而有所更新。

RC 和 RR 隔离级别下 MVCC 的差异

RC（读已提交）和RR（可重复读）隔离级别下，MVCC（多版本并发控制）的差异主要体现在以下几个方面：

‌ReadView的生成时机‌：

在RC隔离级别下，每次执行select语句时都会生成一个新的ReadView。这意味着在同一个事务中，多次查询可能会看到不同的数据版本，因为每次查询时都会根据当前活跃的事务列表来创建ReadView。因此，RC隔离级别下可能存在不可重复读的问题。
在RR隔离级别下，ReadView只在事务开始时生成一次，并在整个事务期间保持不变。这意味着在同一个事务中，多次查询会看到相同的数据版本，从而保证了事务的可重复读性。

‌数据可见性判断‌：

在RC隔离级别下，每次查询时都会根据当前生成的ReadView来判断数据的可见性。如果某个数据版本的事务ID在ReadView的活跃事务列表中，则这个数据版本对当前事务是不可见的；否则，它是可见的。
在RR隔离级别下，查询时会使用事务开始时生成的ReadView来判断数据的可见性。这个判断逻辑与RC隔离级别类似，但由于ReadView在整个事务期间保持不变，所以保证了事务中多次查询的数据一致性。

‌幻读问题的处理‌：

需要注意的是，MVCC本身并不直接解决幻读问题。在RR隔离级别下，幻读问题通常是通过其他机制（如next-key lock）来解决的，而不是通过MVCC本身。
在RC隔离级别下，由于每次查询都会生成新的ReadView，因此可能无法有效防止幻读问题。

‌并发性能‌：

RC隔离级别由于每次查询都会生成新的ReadView，因此可能具有更高的并发性能，因为它减少了长时间持有锁的需求。
RR隔离级别由于在整个事务期间使用相同的ReadView，可能需要更严格的锁机制来防止幻读等问题，从而可能影响并发性能。

RC和RR隔离级别下MVCC的主要差异在于ReadView的生成时机和数据可见性的判断逻辑。这些差异导致了两种隔离级别在数据一致性、并发性能等方面的不同表现。在实际应用中，需要根据具体业务需求来选择合适的隔离级别。