MySQL 高级篇 -- MVCC_使用read uncommitted隔离级别的事务,由于可以堵到

一、概述

1.1 简介

• 多版本并发控制（Multiversion Concurrency Control）

1. 顾名思义，MVCC 是通过数据行的多个版本管理来实现数据库的 并发控制；这项技术使得在 InnoDB 的事务隔离级别下执行 一致性读 操作有了保证。
2. 换言之，就是为了查询一些正在被另一个事务更新的行，并且可以看到它们被更新之前的值，这样在做查询的时候就不用等待另一个事务释放锁。

• 功用

1. 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。
2. 做到即使有读写冲突时，也能做到不加锁，非阻塞并发读，而这个读指的就是快照读，而非当前读。
3. 当前读实际上是一种加锁的操作，是悲观锁的实现，而 MVCC 本质是采用 乐观锁思想 的一种方式。

1.2 快照读

1. 快照读又叫一致性读，读取的是快照数据。不加锁的简单的 SELECT 都属于快照读，即不加锁的非阻塞读；比如这样：

SELECT * FROM player WHERE ...
1

2. 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MVCC，它在很多情况下，避免了加锁操作，降低了开销。
3. 既然是基于多版本，那么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. 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。

1.3 当前读

1. 当前读读取的是记录的最新版本（最新数据，而不是历史版本的数据），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。
2. 加锁的 SELECT，或者对数据进行增删改都会进行当前读。比如：

SELECT * FROM student LOCK IN SHARE MODE; # 共享锁

SELECT * FROM student FOR UPDATE; # 排他锁

INSERT INTO student values ... # 排他锁

DELETE FROM student WHERE ... # 排他锁

UPDATE student SET ... # 排他锁
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二、ReadView

MVCC 的实现依赖于：隐藏字段、Undo Log、Read View。

• 隐藏字段：聚簇索引记录中都包含两个必要的隐藏列

• Undo Log：根据隔离级别的需要，复现出记录之前版本的状态。

• Read View

1. 在 MVCC 机制中，多个事务对同一行记录进行更新会产生多个历史快照，这些历史快照保存在 Undo Log 里。
2. 如果一个事务想要查询这个行记录，需要读取哪个版本的行记录呢？这时就需要用到 ReadView 了，它帮我们解决了行的可见性问题。
3. ReadView 就是事务 A 在使用 MVCC 机制进行快照读操作时产生的 读视图。
4. 当事务启动时，会生成数据库系统当前的一个快照，InnoDB 为每个事务构造了一个数组，用来记录并维护系统 当前活跃事务 的ID（活跃即是指启动了当仍未提交）。

2.1 组成设计

• 分析四种隔离级别

1. 使用 READ UNCOMMITTED 隔离级别的事务，由于可以读到未提交事务修改过的记录，所以直接读取记录的最新版本就好了。
2. 使用 SERIALIZABLE 隔离级别的事务，InnoDB规定使用加锁的方式来访问记录。
3. 使用 READ COMMITTED 和 REPEATABLE READ 隔离级别的事务，都必须保证读到 已经提交了的 事务修改过的记录。

ReadView 要解决的主要问题就是判断版本链中的哪个版本是当前事务可见的。

• 重要组成内容

2.2 访问规则

在访问某条记录时，需要按照 ReadView 的访问规则判断记录的某个版本是否可见。

1. 如果被访问版本的 trx_id 属性值与 ReadView 中的 creator_trx_id 值相同，意味着当前事务在访问它自己修改过的记录，所以该版本可以被当前事务访问。
2. 如果被访问版本的 trx_id 属性值 小于 ReadView 中的 up_limit_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。
3. 如果被访问版本的 trx_id 属性值 大于或等于 ReadView 中的 low_limit_id 值，表明生成该版本的事务在当前事务生成 ReadView 后才开启，所以该版本不可以被当前事务访问。
4. 如果被访问版本的 trx_id 属性值在 ReadView 的 up_limit_id 和 low_limit_id 之间，那就需要判断一下 trx_id 属性值是不是在 trx_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。

2.3 访问流程

• 如何通过 MVCC 查询一条记录

1. 首先获取事务自己的版本号，也就是事务 ID；
2. 获取 ReadView；
3. 查询得到的数据，然后与 ReadView 中的事务版本号进行比较；
4. 如果不符合 ReadView 规则，就需要从 Undo Log 中获取历史快照；
5. 最后返回符合规则的数据。

• 读已提交（Read Committed）：一个事务中的每一次 SELECT 查询都会重新获取一次 Read View。

此时同样的查询语句都会重新获取一次 Read View，这时如果 Read View 不同，就可能产生不可重复读或者幻读的情况。

• 可重复读（Repeatable Read）：一个事务只在第一次 SELECT 的时候会获取一次 Read View，而后面所有的 SELECT 都会复用这个 Read View

三、MVCC 访问流程实例讲解

MVCC 只能在 READ COMMITTED 和 REPEATABLE READ 两个隔离级别下工作。

• 假设现在 student 表中只有一条由事务 id 为 8 的事务插入的一条记录：

mysql> select * from student;
+----+--------+--------+
| id | name   | class  |
+----+--------+--------+
|  1 | 张三   | 一班   |
+----+--------+--------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> 
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3.1 READ COMMITTED 隔离级别下

1. 现在有两个 事务id 分别为 10 、 20 的事务在执行：

# Transaction 10
BEGIN;
UPDATE student SET name="李四" WHERE id=1;
UPDATE student SET name="王五" WHERE id=1;

# Transaction 20
BEGIN;
# 更新了一些别的表的记录
...
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2. 此刻，表student 中 id 为 1 的记录得到的版本链表如下所示：

3. 假设现在有一个使用 READ COMMITTED 隔离级别的事务开始执行：

# 使用READ COMMITTED隔离级别的事务
BEGIN;

# SELECT1：Transaction 10、20未提交
SELECT * FROM student WHERE id = 1; # 得到的列name的值为'张三'
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4. 之后，我们把 事务id 为 10 的事务提交一下：

# Transaction 10
BEGIN;
UPDATE student SET name="李四" WHERE id=1;
UPDATE student SET name="王五" WHERE id=1;
COMMIT;
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5. 然后再到 事务id 为 20 的事务中更新一下表 student 中 id 为 1 的记录：

# Transaction 20
BEGIN;

# 更新了一些别的表的记录
...
UPDATE student SET name="钱七" WHERE id=1;
UPDATE student SET name="宋八" WHERE id=1;
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6. 此刻，表student中 id 为 1 的记录的版本链就长这样：

7. 然后再到刚才使用 READ COMMITTED 隔离级别的事务中继续查找这个 id 为 1 的记录，如下：

# 使用READ COMMITTED隔离级别的事务
BEGIN;

# SELECT1：Transaction 10、20均未提交
SELECT * FROM student WHERE id = 1; # 得到的列name的值为'张三'

# SELECT2：Transaction 10提交，Transaction 20未提交
SELECT * FROM student WHERE id = 1; # 得到的列name的值为'王五'
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3.2 REPEATABLE READ 隔离级别下

1. 现在有两个 事务id 分别为 10 、 20 的事务在执行：

# Transaction 10
BEGIN;
UPDATE student SET name="李四" WHERE id=1;
UPDATE student SET name="王五" WHERE id=1;

# Transaction 20
BEGIN;
# 更新了一些别的表的记录
...
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2. 此刻，表student 中 id 为 1 的记录得到的版本链表如下所示：

3. 假设现在有一个使用 READ COMMITTED 隔离级别的事务开始执行：

# 使用READ COMMITTED隔离级别的事务
BEGIN;

# SELECT1：Transaction 10、20未提交
SELECT * FROM student WHERE id = 1; # 得到的列name的值为'张三'
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4. 之后，我们把 事务id 为 10 的事务提交一下：

# Transaction 10
BEGIN;
UPDATE student SET name="李四" WHERE id=1;
UPDATE student SET name="王五" WHERE id=1;
COMMIT;
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5. 然后再到 事务id 为 20 的事务中更新一下表 student 中 id 为 1 的记录：

# Transaction 20
BEGIN;

# 更新了一些别的表的记录
...
UPDATE student SET name="钱七" WHERE id=1;
UPDATE student SET name="宋八" WHERE id=1;
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6. 此刻，表student中 id 为 1 的记录的版本链就长这样：

7. 然后再到刚才使用 READ COMMITTED 隔离级别的事务中继续查找这个 id 为 1 的记录，如下：

# 使用REPEATABLE READ隔离级别的事务
BEGIN;

# SELECT1：Transaction 10、20均未提交
SELECT * FROM student WHERE id = 1; # 得到的列name的值为'张三'

# SELECT2：Transaction 10提交，Transaction 20未提交
SELECT * FROM student WHERE id = 1; # 得到的列name的值仍为'张三'

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四、幻读问题解决实例讲解

MySQL 的 MVCC 机制在 REPEATABLE READ 隔离级别下解决了幻读问题。

1. 假设现在表 student 中只有一条数据，数据内容中，主键 id=1，隐藏的 trx_id=10，它的 undo log 如下图所示。

2. 假设现在有事务 A 和事务 B 并发执行， 事务 A 的事务 id 为 20 ， 事务 B 的事务 id 为 30 。事务 A 开始第一次查询数据，查询的 SQL 语句如下。

select * from student where id >= 1;
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3. 在开始查询之前，MySQL 会为事务 A 产生一个 ReadView，此时 ReadView 的内容如下： trx_ids= [20,30] ， up_limit_id=20 ， low_limit_id=31 ， creator_trx_id=20 。
4. 由于此时表 student 中只有一条数据，且符合 where id>=1 条件，因此会查询出来。然后根据 ReadView机制，发现该行数据的trx_id=10，小于事务 A 的 ReadView 里 up_limit_id，这表示这条数据是事务 A 开启之前，其他事务就已经提交了的数据，因此事务 A 可以读取到。即：事务 A 的第一次查询，能读取到一条数据，id=1。
5. 接着事务 B(trx_id=30)，往表 student 中新插入两条数据，并提交事务。

insert into student(id,name) values(2,'李四');
insert into student(id,name) values(3,'王五');
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6. 此时表student 中就有三条数据了，对应的 undo 如下图所示：

7. 接着事务 A 开启第二次查询，根据可重复读隔离级别的规则，此时事务 A 并不会再重新生成 ReadView。此时表 student 中的 3 条数据都满足 where id>=1 的条件，因此会先查出来。然后根据 ReadView 机制，判断每条数据是不是都可以被事务 A 看到。

8. 最终事务 A 的第二次查询，只能查询出 id=1 的这条数据。这和事务 A 的第一次查询的结果是一样的，因此没有出现幻读现象，所以说在 MySQL 的可重复读隔离级别下，不存在幻读问题。

五、小结

1. 这里介绍了 MVCC 在 READ COMMITTD 、 REPEATABLE READ 这两种隔离级别的事务在执行快照读操作时访问记录的版本链的过程。这样使不同事务的 读-写 、 写-读 操作并发执行，从而提升系统性能。
2. 核心点在于 ReadView 的原理， READ COMMITTD 、 REPEATABLE READ 这两个隔离级别的一个很大不就是生成ReadView的时机不同：READ COMMITTD 在每一次进行普通SELECT操作前都会生成一个ReadView；REPEATABLE READ 只在第一次进行普通SELECT操作前生成一个ReadView，之后的查询操作都重复使用这个ReadView就好了。
3. 之前讲过执行 DELETE 语句或者更新主键的 UPDATE 语句并不会立即将对应的记录完全从页面中删除，而是执行一个所谓的 delete mark 操作，相当于只是对记录打上了一个 删除标志位，这主要就是为 MVCC 服务的。
4. 通过 MVCC 可以解决：