MySQL MVCC多版本并发控制(脏读和不可重复读解决原理)

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RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
RDS MySQL Serverless 高可用系列,价值2615元额度,1个月
云数据库 RDS PostgreSQL,高可用系列 2核4GB
简介: MySQL MVCC多版本并发控制(脏读和不可重复读解决原理)

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

image.png

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

image.png

image.png

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

image.png

image.png

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

image.png

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

image.png

生成的快照如下:

image.png

事务1进行update,然后commit

image.png

我们update以后,表格就变成了这样:

image.png

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

image.png

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

image.png

image.png

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

image.png

回滚并重启事务

image.png

image.png

事务2生成的快照如下:

image.png

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

image.png

此时事务2 update

image.png

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

image.png

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)

image.png

未提交读 已提交读 可重复读 串行化
/ MVCC MVCC + 临键锁 临键锁
脏读、不可重复读、幻读 不可重复读、幻读 幻读 /


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