MySQL MVCC多版本并发控制（脏读和不可重复读解决原理）

专栏持续更新中：MySQL详解

一、MVCC概念

MVCC是多版本并发控制（Multi-Version Concurrency Control），是MySQL中基于乐观锁理论实现隔离级别的方式，用于实现已提交读和可重复读隔离级别，也经常称为多版本数据库。MVCC机制会生成一个数据请求时间点的一致性数据快照 （Snapshot)， 并用这个快照来提供一定级别 （语句级或事务级） 的一致性读取。从用户的角度来看，好象是数据库可以提供同一数据的多个版本（系统版本号和事务版本号）

• 快照读（非锁定读）：读的是记录的可见版本，不用加锁。如 select做的都是快照读，会把已经commit的数据（即整表数据）生成一个快照（这就可以防止不可重复读）
• 当前读：读取的是记录的最新版本，返回当前读的记录，并且对数据加锁。如 insert，delete，update，select…lock in share mode/for update这些操作，都是读的是最新的数据

MVCC：每一行记录实际上有多个版本，每个版本的记录除了数据本身之外，增加了其它字段（DB_ROW_ID、DB_TRX_ID、DB_ROLL_PTR）

已提交读隔离级别：每个语句执行前都会重新生成一个 Read View，快照中只包含已commit的数据 可重复读隔离级别：启动事务时生成一个 Read View，然后整个事务期间都在用这个 Read View，后续的查询语句利用这个 Read View，通过这个 Read View 就可以在 undo log 版本链找到事务开始时的数据，所以事务过程中每次查询的数据都是一样的

什么叫事务启动呢？

• 执行了 begin/start transaction 命令后，并不代表事务启动了。只有在执行这个命令后，执行了增删查改操作的 SQL 语句，才是事务真正启动的时机
• 执行了 start transaction with consistent snapshot 命令，就会马上启动事务

快照内容读取原则：

1. 版本未commit，无法读取生成快照
2. 版本已commit，但是在快照创建后提交的，无法读取
3. 版本已commit，但是在快照创建前提交的，可以读取
4. 当前事务做的修改，是需要重新生成快照的。读取的是最新版本，并且对数据加锁，阻塞其他操作事务修改记录。核心逻辑就是判断版本链中的哪个版本是当前事务可见可处理的

"数据快照"中并不是数据，存储的是一些事务id

Read View 有四个重要的字段：

• creator_trx_id ：指的是创建该 Read View 的事务的事务 id
• m_ids ：指的是在创建 Read View 时，当前数据库中「活跃事务」的事务 id 列表，注意是一个列表，“活跃事务”指的就是，启动了但还没提交的事务。重新生成数据快照m_ids可能会有更新，不重新生成数据快照m_ids就不会更新
• min_trx_id ：指的是在创建 Read View 时，当前数据库中「活跃事务」中事务 id 最小的事务，也就是 m_ids 的最小值
• max_trx_id ：这个并不是 m_ids 的最大值，而是创建 Read View 时当前数据库中应该给下一个事务的 id 值，也就是所有已提交的和未提交的事务中最大的事务 id 值 + 1

Innodb如何判断某条记录是否对当前事务可见呢？一个事务去访问记录的时候，除了自己的更新记录总是可见之外，还有这几种情况：

• 如果记录的 trx_id 值小于 Read View 中的 min_trx_id 值，表示这个版本的记录是在创建 Read View 前已经提交的事务生成的，所以该版本的记录对当前事务可见。
• 如果记录的 trx_id 值大于等于 Read View 中的 max_trx_id 值，表示这个版本的记录是在创建 Read View 后才启动的事务生成的，所以该版本的记录对当前事务不可见。
• 如果记录的 trx_id 值在 Read View 的 min_trx_id 和 max_trx_id 之间，需要判断 trx_id 是否在 m_ids 列表中：

• 如果记录的 trx_id 在 m_ids 列表中，表示生成该版本记录的活跃事务依然活跃着（还没提交事务），所以该版本的记录对当前事务不可见。
• 如果记录的 trx_id 不在 m_ids列表中，表示生成该版本记录的活跃事务已经被提交，所以该版本的记录对当前事务可见。

这种通过「版本链」来控制并发事务访问同一个记录时的行为就叫 MVCC（多版本并发控制）

在已提交读隔离级别下，每次查询都会重新生成数据快照，若其他事务已经提交了，当前事务再次查询时重新生成的数据快照中的m_ids、min_trx_id、max_trx_id可能会发生改变，这样对比每条记录的trx_id后，可见性就会发生改变

在可重复读隔离级别下，每次查询都使用第一次生成的数据快照

二、MVCC应用于已提交读隔离级别

1. 解决脏读

先设置隔离级别为已提交读并开启事务，已提交读解决了脏读，未解决可重复读和幻读

这样通过快照读，MVCC就解决了脏读

不管是已提交读还是可重复读，只要我们select的时候，就会产生一个数据快照，相当于给当前的数据拍个照片，以后去查询，都是查询快照上的数据（除非有新的数据被commit）。已提交读隔离级别采用非锁定读，非锁定读是在快照上的读取。

在已提交读隔离级别，每一次select都会产生一个新的数据快照，当事务1进行更改的时候，事务2又去select，重新产生数据快照（有可能和前面的快照相同），然而产生新的数据快照的前提是新的数据已经被事务正确commit，prepare状态的数据不会出现在快照中

数据有2种状态：prepare（未提交时）和commit（已提交）

事务2第二次select的时候，由于事务1并没有commit新的数据（数据处于prepare状态），当又一次产生数据快照时，产生的数据快照还是undo log回滚日志的链表指向的旧数据，这就解决了脏读问题

然而，在已提交读隔离级别依然会发生不可重复读的现象（两次查询，得到的数据内容不一样，属于正确读取的范围）

2. 无法解决不可重复读

因为每一次select都会重新产生1次数据快照，其他事务update后commit，新的数据已经符合生成快照的要求了，于是再次select的时候新commit的数据也会出现在新生成的快照中，发生了不可重复读

3. 无法解决幻读

和出现不可重复读现象的原因相同，由于新commit的数据符合生成快照的要求，再次select的时候新commit的数据也会出现在新生成的快照中，自然就出现了幻读

三、MVCC应用于可重复读隔离级别

1. 解决脏读

事务第一次select就产生数据快照，而且只产生这一次快照，select时都是直接用老的数据快照，所以可以解决脏读

2. 解决不可重复读

因为事务第一次select就产生数据快照，而且只产生这一次快照

设置可重复读隔离级别，并2个开启事务

事务2 select，生成数据快照，在可重复读隔离级别下，以后再select都不会再生成快照

生成的快照如下：

事务1进行update，然后commit

我们update以后，表格就变成了这样：

我们事务2再次select id=12的数据，这时候就是在事务2第一次select生成的快照上查数据了

这就解决了不可重复读！！！

3. 理解 可重复读隔离级别，只生成一次数据快照

再举一个例子理解：在可重复读隔离级别，只生成一次数据快照

由于事务1已经commit了，新的数据不再是prepare状态，已经符合了生成快照的条件。当事务2再select（快照读）的时候，这条age=22的数据自然就被查到了

4. 理解 可重复读隔离级别，只能部分解决幻读

先查看表数据

回滚并重启事务

事务2生成的快照如下：

事务2第一次select是两条数据，事务1 insert之后，事务2再次select依然是两条，看似解决了幻读，其实只是部分解决（并不能完全解决幻读）

那我们看一下为什么是部分解决幻读

事务1 insert然后commit后，表格的数据应该是这样的

此时事务2 update

可以看见，update找到了id=24的数据，这就证明update做的是当前读（读最新的commit状态的数据），而不是快照读，因为快照上根本就没有id=24的数据

其中1000是事务1的ID，2000的事务2的ID

由于每个事务可以看见自己修改、更新的数据，当事务2再次select的时候，就可以看见id=24的数据了，这就发生了幻读（主要因为insert，delete，update，select…lock in share mode/for update这些操作，是当前读）