暂无图片
暂无图片
暂无图片
暂无图片
暂无图片

MySQL多版本并发控制机制MVCC(1)

方片四 2021-06-28
550

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。

先介绍一些其他知识:

1. 隐式字段

InnoDB在其上创建的表都添加了下列三列隐藏数据;

Ø DB_TRX_ID: 记录了最新更新这行记录的事务Id(transaction id)。

Ø DB_ROLL_PTR: 回滚指针,记录了最新一次修改该条记录的undo log,回滚的时候就通过这个指针找到undo log回滚。

Ø DB_ROW_ID: 当数据表没有指定主键时,数据库会自动以这个列来作为主键,生成聚集索引。

2. 当前读和快照读

Ø 当前读:select lock in share mode(共享锁), select for update ; update, insert ,delete(排他锁)这些操作都是当前读,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。

Ø 快照读:像不加锁的select操作就是快照读;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。

3. Read View(读视图)

Ø Read View是事务进行快照读操作的时候生产的读视图(Read View),在该事务执行的快照读的那一刻,会生成数据库系统当前的一个快照,记录并维护系统当前活跃事务的ID(当每个事务开启时,都会被分配一个ID, 这个ID是递增的,所以最新的事务,ID值越大)

Ø Read View主要是用来做可见性判断的, 当我们某个事务执行快照读的时候,对该记录创建一个Read View读视图,把它比作条件用来判断当前事务能够看到哪个版本的数据,既可能是当前最新的数据,也有可能是该行记录的undo log里面的某个版本的数据。

Ø Read View遵循一个可见性算法,主要是将要被修改的数据的最新记录中的DB_TRX_ID(即当前事务ID)取出来,与系统当前其他活跃事务的ID去对比(由Read View维护),如果DB_TRX_ID跟Read View的属性做了某些比较,不符合可见性,那就通过DB_ROLL_PTR回滚指针去取出Undo Log中的DB_TRX_ID再比较,即遍历链表的DB_TRX_ID(从链首到链尾,即从最近的一次修改查起),直到找到满足特定条件的DB_TRX_ID, 那么这个DB_TRX_ID所在的旧记录就是当前事务能看见的最新老版本

Ø Read View有三个全局属性trx_list:用来维护Read View生成时刻系统正活跃的事务ID;up_limit_id:记录trx_list列表中事务ID最小的ID;low_limit_id:ReadView生成时刻系统尚未分配的下一个事务ID(目前已出现过的事务ID的最大值+1);

4. 类隔离级别

Ø Read Uncommitted(读取未提交内容)在该隔离级别,所有事务都可以看到其他未提交事务的执行结果。本隔离级别很少用于实际应用,因为它的性能也不比其他级别好多少。读取未提交的数据,也被称之为脏读(Dirty Read)。

Ø Read Committed(读取提交内容)这是大多数数据库系统的默认隔离级别(但不是MySQL默认的)。它满足了隔离的简单定义:一个事务只能看见已经提交事务所做的改变。这种隔离级别 也支持所谓的不可重复读(Nonrepeatable Read),因为同一事务的其他实例在该实例处理其间可能会有新的commit,所以同一select可能返回不同结果。

Ø Repeatable Read(可重读)这是MySQL的默认事务隔离级别,它确保同一事务的多个实例在并发读取数据时,会看到同样的数据行。不过理论上,这会导致另一个棘手的问题:幻读 (Phantom Read)。简单的说,幻读指当用户读取某一范围的数据行时,另一个事务又在该范围内插入了新行,当用户再读取该范围的数据行时,会发现有新的“幻影” 行。InnoDB和Falcon存储引擎通过多版本并发控制(MVCC,Multiversion Concurrency Control)机制解决了该问题。

Ø Serializable(可串行化) 这是最高的隔离级别,它通过强制事务排序,使之不可能相互冲突,从而解决幻读问题。简言之,它是在每个读的数据行上加上共享锁。在这个级别,可能导致大量的超时现象和锁竞争。

问题:

Ø 脏读(Drity Read):某个事务已更新一份数据,另一个事务在此时读取了同一份数据,由于某些原因,前一个RollBack了操作,则后一个事务所读取的数据就会是不正确的。

Ø 不可重复读(Non-repeatable read):在一个事务的两次查询之中数据不一致,这可能是两次查询过程中间插入了一个事务更新的原有的数据。

Ø 幻读(Phantom Read):在一个事务的两次查询中数据笔数不一致,例如有一个事务查询了几列(Row)数据,而另一个事务却在此时插入了新的几列数据,先前的事务在接下来的查询中,就会发现有几列数据是它先前所没有的。

MySQL中,实现了这四种隔离级别,分别有可能产生问题如下所示:

 

5. InnoDB引擎的锁机制

(之所以以InnoDB为主介绍锁,是因为InnoDB支持事务,支持行锁和表锁用的比较多,Myisam不支持事务,只支持表锁)

Ø 共享锁(S):允许一个事务去读一行,阻止其他事务获得相同数据集的排他锁。

Ø 排他锁(X):允许获得排他锁的事务更新数据,阻止其他事务取得相同数据集的共享读锁和排他写锁。

Ø 意向共享锁(IS):事务打算给数据行加行共享锁,事务在给一个数据行加共享锁前必须先取得该表的IS锁。

Ø 意向排他锁(IX):事务打算给数据行加行排他锁,事务在给一个数据行加排他锁前必须先取得该表的IX锁。

说明:

Ø 共享锁和排他锁都是行锁,意向锁都是表锁,应用中我们只会使用到共享锁和排他锁,意向锁是mysql内部使用的,不需要用户干预。

Ø 对于UPDATE、DELETE和INSERT语句,InnoDB会自动给涉及数据集加排他锁(X);对于普通SELECT语句,InnoDB不会加任何锁,事务可以通过以下语句显示给记录集加共享锁或排他锁。

Ø 共享锁(S):SELECT * FROM table_name WHERE ... LOCK IN SHARE MODE。

Ø 排他锁(X):SELECT * FROM table_name WHERE ... FOR UPDATE。

Ø InnoDB行锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的,因此InnoDB这种行锁实现特点意味着:只有通过索引条件检索数据,InnoDB才使用行级锁,否则,InnoDB将使用表锁!。

6. undo日志

undo log主要分为两种:

Ø insert undo log代表事务在insert新记录时产生的undo log, 只在事务回滚时需要,并且在事务提交后可以被立即丢弃

Ø update undo log事务在进行update或delete时产生的undo log; 不仅在事务回滚时需要,在快照读时也需要;所以不能随便删除,只有在快速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

Ø Purge:为了实现InnoDB的MVCC机制,更新或者删除操作都只是设置一下老记录的deleted_bit,并不真正将过时的记录删除。为了节省磁盘空间,InnoDB有专门的purge线程来清理deleted_bit为true的记录。为了不影响MVCC的正常工作,purge线程自己也维护了一个read view(这个read view相当于系统中最老活跃事务的read view);如果某个记录的deleted_bit为true,并且DB_TRX_ID相对于purge线程的read view可见,那么这条记录一定是可以被安全清除的。

Ø MVCC有帮助的实质是update undo log ,undo log实际上就是存在rollback segment中旧记录链

7. 整体流程会在下一篇文章发布,请查看下一篇文章!

8. RC,RR级别下的InnoDB快照读

Ø 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及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;

Ø 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

Ø 而在RC级别下的,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

Ø 总之在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。


文章转载自方片四,如果涉嫌侵权,请发送邮件至:contact@modb.pro进行举报,并提供相关证据,一经查实,墨天轮将立刻删除相关内容。

评论