数据库篇：mysql事务原理之MVCC视图+锁

前言

• 数据库的事务特性
• 数据并发读写时遇到的一致性问题
• mysql事务的隔离级别
• MVCC的实现原理
• 锁和隔离级别

1 数据库的事务特性

• 原子性：同一个事务里的操作是一个不可分割的，里面的 sql 要么一起执行，要不执行，是原子性
• 隔离性：数据库系统提供一定的隔离机制，保证事务在不受外部并发操作影响的“独立”环境执行。这意味着事务处理过程中的中间状态对外部是不可见的
• 一致性：在事务开始和完成时，数据约束都必须保持一致状态
• 持久性：事务完成之后，它对于数据的修改是永久性的，即使出现系统崩溃也能够保持持久

2 数据并发读写时遇到的一致性问题

• 脏读（针对未提交）
  • 两个事务同时进行，事务A修改了数据D，且事务A未提交，而事务B却可以读取到未提交的数据D，称之为脏读
• 脏写
  • 两个事务同时尝试去更新某一条数据记录时，当事务A更新时，事务A还没提交，事务B就也过来进行更新，覆盖了事务 A 提交的更新数据，这就是脏写。一般要加锁解决
• 不可重复读（针对已提交的 update）
  • 针对的是已经提交的事务修改的值，同时进行的其他事务给读取到了，事务内多次查询，多次读到的是别的已经提交的事务修改过的值，这就导致不可重复读
• 幻读（针对已提交的 insert）
  • 事务读取到事务开始之后的插入数据，例如select * from table_user where id between 1 and 10，这条sql本应查出 1~9 的数据，id=10 此时不存在，之后其他事务再插入了一条 id=10 的记录。然后当前事务再次查询则会查出 10 条记录。这就是幻读
  • 和不可重复读的区别是，不可重复读的问题是读取最新的修改，幻读是读取到最新的插入数据

3 mysql事务的隔离级别

• 读未提交(READ UNCOMITTED，RU)：对应脏读，可以读取到最新未提交的修改
• 读已提交(READ COMMITTED，RC)：一个事务能读取另一个事务已经提交的修改。其避免了脏读，但仍然存在不可重复读和幻读问题
• 可重复读(REPEATABLE READ，RR)：同一个事务中多次读取相同的数据返回的结果是一样的。其避免了脏读和不可重复读问题，但幻读依然存在
• 串行化读(SERIALIZABLE)：事务串行执行。避免了以上所有问题

4 MVCC 的实现原理

MVCC 全称Multi-Version Concurrency Control，其好处是读不加锁，读写不冲突，并发性能好

MVCC 的 undo log 版本链

• InnoDB中每行数据都有隐藏列，隐藏列中包含了本行数据的事务ID trx_id、指向 undo log 的 roll_pointer 指针

• 基于undo log的版本链：前面说到每行数据的隐藏列中包含了指向 undo log 的指针 roll_pointer，而每条undo log 也会指向更早版本的undo log，从而形成一条版本链

readView

对于使用READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔离级别的事务来说，都必须保证读到已提交事务修改过的记录，也就是说假如另一个事务修改了记录但尚未提交，是不能读取最新版本的记录的，其核心问题：需要判断 MVCC 版本链中的哪个版本是当前事务可见的。innodb 的解决方案 readView，readView 包含4个比较重要的属性

• m_ids：在生成ReadView时，当前系统中活跃的读写事务 id 列表
• min_trx_id：表示在生成ReadView时,当前系统中活跃的读写事务中最小的事务id，也就是m_ids中的最小值
• max_trx_id：表示生成ReadView时系统中应该分配给下一个事务的 id 值
• creator_trx_id：对应生成该ReadView 事务的id

readView 的访问步骤

• 如果被访问版本的trx_id属性值与ReadView中的creator_trx_id值相同，表示当前事务在访问它自己修改过的记录，该版本可以被当前事务访问。
• 如果被访问版本的trx_id属性值小于ReadView中的min_trx_id值，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView前已经提交，所以该版本可以被当前事务访问。
• 如果被访问版本的trx_id属性值在ReadView的min_trx_id和max_trx_id之间，那就需要判断一下trx_id属性值是不是在m_ids列表中，如果在，说明创建ReadView时生成该版本的事务还是活跃的，该版本不可以被访问；如果不在，说明创建ReadView时生成该版本的事务已经被提交，该版本可以被访问
• 如果被访问版本的trx_id属性值大于或等于ReadView中的max_trx_id值，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView后才开启，该版本不可被当前事务访问。反之可见
• 如果某个版本的数据对当前事务不可见的话，那就顺着版本链找到下一个版本的数据（undo log）。如果最后一个版本都不可见的话，那么就意味着该条记录对该事务完全不可见

读已提交和可重复读利用 ReadView 实现

• 快照读：读取的是快照版本，也就是历史版本 readView 里的数据 ，普通的 SELECT 就是快照读
• 当前读：读取的是最新版本，UPDATE、DELETE、INSERT、SELECT ... LOCK IN SHARE MODE、SELECT ... FOR UPDATE 是当前读，需要加锁
• READ UNCOMMITTED：直接读取记录的最新版本就好
• READ COMMITTED：每次读取数据前都生成一个ReadView
  • 针对当前读，RC 隔离级别保证对读取到的记录加锁 (记录锁)，存在幻读现象
• REPEATABLE READ：在第一次读取数据时生成一个ReadView
  • 针对当前读，RR 隔离级别保证对读取到的记录加锁 (记录锁)，同时保证对读取的范围加锁，新的满足查询条件的记录不能够插入 (间隙锁)，不存在幻读现象
  • RR 从严格意义上并没解决幻读。如果事务一开始先 update 一条看不见的数据（前面没有当前读操作），再查询，则会多查出这条记录，此时也是发生了幻读

5 锁和隔离级别

• RC、RR、SERIALIZABLE 级别的隔离，当前读都会需要借助锁实现
• MVCC 能实现多数情况避免幻读，但不能完全避免幻读的发生
• RR 隔离级别需要先 select ... for update 加锁进行当前读操作，才能防止幻读
• 对于SERIALIZABLE隔离级别的事务来说，InnoDB规定使用加锁的方式来访问记录

欢迎指正文中错误

参考文章

• Mysql加锁过程详解
• 探索Mysql锁机制(二)
• 深入学习MySQL事务：ACID特性的实现原理
• MySQL事务隔离级别的实现原理