【MySQL】16. 事务管理( 重点 | 选学 ) -- 3

本文涉及的产品
云数据库 RDS MySQL,集群系列 2核4GB
推荐场景:
搭建个人博客
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
简介: 【MySQL】16. 事务管理( 重点 | 选学 ) -- 3

备注:
基本上,了解了以上知识点,在MySQL事务使用上,肯定没有问题。
不过,MySQL在这块的设计很优秀,也是面试中可能存在的考点。
我们进行更详细,更深入的谈论这个问题,那么对我们的面试与学习肯定是大大的有帮助。

提问:在RR级别的时候,多个事务的update,多个事务的insert,多个事务的delete,是否会有加锁现象?
现象结果是,update,insert,delete之间是会有加锁现象的,但是select和这些操作是不冲突的。
这就是通过读写锁(锁有行锁或者表锁)+MVCC完成隔离性。

试学内容-如何理解隔离性2

数据库并发的场景有三种:

  • 读-读 :不存在任何问题,也不需要并发控制
  • 读-写 :有线程安全问题,可能会造成事务隔离性问题,可能遇到脏读,幻读,不可重复读
  • 写-写 :有线程安全问题,可能会存在更新丢失问题,比如第一类更新丢失,第二类更新丢失(后面补充)

读 - 写 (重中之重)

多版本并发控制( MVCC )是一种用来解决读-写冲突 的无锁并发控制
为事务分配单向增长的事务ID,为每个修改保存一个版本,版本与事务ID关联,读操作只读该事务开始前的数据库的快照。 所以 MVCC 可以为数据库解决以下问题:

  • 在并发读写数据库时,可以做到在读操作时不用阻塞写操作,写操作也不用阻塞读操作,提高了数据库并发读写的性能
  • 同时还可以解决脏读,幻读,不可重复读等事务隔离问题,但不能解决更新丢失问题

理解 MVCC 需要知道三个前提知识:

  • 3个记录隐藏字段
  • undo 日志
  • Read View

3个记录隐藏列字段

  • DB_TRX_ID :6 byte,最近修改( 修改/插入 )事务ID,记录创建这条记录/最后一次修改该记录的事务ID
  • DB_ROLL_PTR : 7 byte,回滚指针,指向这条记录的上一个版本(简单理解成,指向历史版本就行,这些数据一般在 undo
    log 中)
  • DB_ROW_ID : 6 byte,隐含的自增ID(隐藏主键),如果数据表没有主键, InnoDB 会自动以DB_ROW_ID
    产生一个聚簇索引
  • 补充:实际还有一个删除flag隐藏字段, 既记录被更新或删除并不代表真的删除,而是删除flag变了

假设测试表结构是:

mysql> create table if not exists student(
name varchar(11) not null,
age int not null
);

mysql> insert into student (name, age) values ('张三', 28);
Query OK, 1 row affected (0.05 sec)

mysql> select * from student;
+------+-----+
| name | age |
+------+-----+
|  张三 |  28 |
+------+-----+
1 row in set (0.00 sec)

上面描述的意思是:

+------+-----+---------------------------+-------------------+---------------------+
| name | age | DB_TRX_ID(创建该记录的事务ID)| DB_ROW_ID(隐式主键)| DB_ROLL_PTR(回滚指针)|
+------+-----+---------------------------+-------------------+---------------------+
|  张三 |  28 |                      null |                 1 |                null |
+------+-----+---------------------------+-------------------+---------------------+

我们目前并不知道创建该记录的事务ID,隐式主键,我们就默认设置成null,1
第一条记录也没有其他版本,我们设置回滚指针为null。
undo 日志
这里不想细讲,但是有一件事情得说清楚, MySQL 将来是以服务进程的方式,在内存中运行。我们之前所讲的所有机制:索引,事务,隔离性,日志等,都是在内存中完成的,即在 MySQL 内部的相关缓冲区中,保存相关数据,完成各种判断操作。然后在合适的时候,将相关数据刷新到磁盘当中的。
所以,我们这里理解undo log,简单理解成,就是 MySQL 中的一段内存缓冲区,用来保存日志数据的就行。
模拟 MVCC
现在有一个事务10(仅仅为了好区分),对student表中记录进行修改(update):将name(张三)改成name(李四)。

  • 事务10,因为要修改,所以要先给该记录加行锁。
  • 修改前,现将改行记录拷贝到undo log中,所以,undo log中就有了一行副本数据。(原理就是写时拷贝)
  • 所以现在 MySQL 中有两行同样的记录。现在修改原始记录中的name,改成 '李四'。
    并且修改原始记录的隐藏字段 DB_TRX_ID为当前 事务10 的ID, 我们默认从 10 开始,之后递增。
    而原始记录的回 滚指针 DB_ROLL_PTR 列,里面写入undo log中副本数据的地址,从而指向副本记录,既表示我的 上一个版本就是它。
  • 事务10提交,释放锁。

在这里插入图片描述
备注:此时,最新的记录是’李四‘那条记录。
现在又有一个事务11,对student表中记录进行修改(update):将age(28)改成age(38)。

  • 事务11,因为也要修改,所以要先给该记录加行锁。(该记录是那条?)
  • 修改前,现将改行记录拷贝到undo log中,所以,undo log中就又有了一行副本数据。此时,新的
    副本,我们采用头插方式,插入undo log。
  • 现在修改原始记录中的age,改成 38。并且修改原始记录的隐藏字段 DB_TRX_ID 为当前 事务11 的 ID。而原始记录的回滚指针
    DB_ROLL_PTR 列,里面写入undo log中副本数据的地址,从而指向副 本记录,既表示我的上一个版本就是它。
  • 事务11提交,释放锁。

在这里插入图片描述
这样,我们就有了一个基于链表记录的历史版本链。所谓的回滚,无非就是用历史数据,覆盖当前数据。
==当我们对某个事务执行快照读的时候,就会对该记录创建1个Read View读视图==
上面的一个一个版本,我们可以称之为一个一个的快照

一些思考

上面是以更新(upadte)主讲的,如果是delete呢?
一样的,别忘了,删数据不是清空,而是设置flag为删除即可。也可以形成版本。
如果是insert呢?
因为insert是插入,也就是之前没有数据,那么insert也就没有历史版本。
但是一般为了回滚操作,insert的数据也是要被放入undo log中,如果当前事务commit了,那么这个undo log 的历史insert记录就可以被清空了。
总结一下,也就是我们可以理解成,updatedelete可以形成版本链,insert暂时不考虑。

那么select呢?
首先,select不会对数据做任何修改,所以,为select维护多版本,没有意义。
不过,此时有个问题,就是:
select读取,是读取最新的版本呢?还是读取历史版本?
当前读:读取最新的记录,就是当前读。增删改,都叫做当前读,select也有可能当前读,比如:select
lock in share mode(共享锁), select for update (这个好理解,我们后面不讨论)
快照读:读取历史版本(一般而言),就叫做快照读。(这个我们后面重点讨论)
我们可以看到,在多个事务同时删改查的时候,都是当前读,是要加锁的。那同时有select过来,如果也要读取最新版(当前读),那么也就需要加锁,这就是串行化。
但如果是快照读,读取历史版本的话,是不受加锁限制的。也就是可以并行执行!换言之,提高了效率,即MVCC的意义所在。
那么,是什么决定了,select是当前读,还是快照读呢?隔离级别!

那为什么要有隔离级别呢?
事务都是原子的。所以,无论如何,事务总有先有后。
但是经过上面的操作我们发现,事务从begin->CURD->commit,是有一个阶段的。也就是事务有执行前,执行中,执行后的阶段。
但,不管怎么启动多个事务,总是有先有后的。
那么多个事务在执行中,CURD操作是会交织在一起的。
那么,为了保证事务的“有先有后”,是不是应该让不同的事务看到它该看到的内容,这就是所谓的隔离性与隔离级别要解决的问题。
先来的事务,应不应该看到后来的事务所做的修改呢?

那么,如何保证,不同的事务,看到不同的内容呢?也就是如何如何实现隔离级别?
Read View
Read View就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)
Read View 在 MySQL 源码中,就是一个类,本质是用来进行可见性判断的。 即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。
下面是 ReadView 结构,但为了减少同学们负担,我们简化一下

class ReadView {
// 省略...
private:
/** 高水位,大于等于这个ID的事务均不可见*/
trx_id_t m_low_limit_id
/** 低水位:小于这个ID的事务均可见 */
trx_id_t m_up_limit_id;
/** 创建该 Read View 的事务ID*/
trx_id_t m_creator_trx_id;
/** 创建视图时的活跃事务id列表*/
ids_t m_ids;
/** 配合purge,标识该视图不需要小于m_low_limit_no的UNDO LOG,
* 如果其他视图也不需要,则可以删除小于m_low_limit_no的UNDO LOG*/
trx_id_t m_low_limit_no;
/** 标记视图是否被关闭*/
bool m_closed;
// 省略...
};
m_ids; //一张列表,用来维护Read View生成时刻,系统正活跃的事务ID
up_limit_id; //记录m_ids列表中事务ID最小的ID(没有写错)
low_limit_id; //ReadView生成时刻系统尚未分配的下一个事务ID,也就是目前已出现过的事务ID的
最大值+1(也没有写错)
creator_trx_id //创建该ReadView的事务ID

我们在实际读取数据版本链的时候,是能读取到每一个版本对应的事务ID的,即:当前记录的DB_TRX_ID 。
那么,我们现在手里面有的东西就有,当前快照读的 ReadView 和 版本链中的某一个记录的DB_TRX_ID
所以现在的问题就是,当前快照读,应不应该读到当前版本记录。一张图,解决所有问题!
在这里插入图片描述
对应源码策略:
在这里插入图片描述
如果查到不应该看到当前版本,接下来就是遍历下一个版本,直到符合条件,即可以看到上面的readview 是当你进行select的时候,会自动形成。

整体流程
假设当前有条记录:

+------+-----+----------------------------+-------------------+----------------------+
| name | age | DB_TRX_ID(创建该记录的事务ID)| DB_ROW_ID(隐式主键)| DB_ROLL_PTR(回滚指针) |
+------+-----+----------------------------+-------------------+----------------------+
| 张三  | 28  |                       null |                 1 |                null  |
+------+-----+----------------------------+-------------------+----------------------+

事务操作:
在这里插入图片描述

  • 事务4:修改name(张三) 变成name(李四)
  • 当 事务2 对某行数据执行了 快照读 ,数据库为该行数据生成一个 Read View 读视图
    //事务2的 Read View
    m_ids; // 1,3
    up_limit_id; // 1
    low_limit_id; // 4 + 1 = 5,原因:ReadView生成时刻,系统尚未分配的下一个事务ID
    creator_trx_id // 2
    
    此时版本链是:
    在这里插入图片描述
  • 只有事务4修改过该行记录,并在事务2执行快照读前,就提交了事务。
    在这里插入图片描述
  • 我们的事务2在快照读该行记录的时候,就会拿该行记录的 DB_TRX_ID 去跟
    up_limit_id,low_limit_id和活跃事务ID列表(trx_list) 进行比较,判断当前事务2能看到该记 录的版本。
    ```sql
    //事务2的 Read View
    m_ids; // 1,3
    up_limit_id; // 1
    low_limit_id; // 4 + 1 = 5,原因:ReadView生成时刻,系统尚未分配的下一个事务ID
    creator_trx_id // 2

//事务4提交的记录对应的事务ID
DB_TRX_ID=4

//比较步骤
DB_TRX_ID(4)< up_limit_id(1) ? 不小于,下一步
DB_TRX_ID(4)>= low_limit_id(5) ? 不大于,下一步
m_ids.contains(DB_TRX_ID) ? 不包含,说明,事务4不在当前的活跃事务中。

//结论
故,事务4的更改,应该看到。
所以事务2能读到的最新数据记录是事务4所提交的版本,而事务4提交的版本也是全局角度上最新的版本

# RR 与 RC的本质区别
**当前读和快照读在RR级别下的区别**
下面的代码经过测试,是完全没有问题的。
`select * from user lock in share mode` ,以加共享锁方式进行读取,对应的就是当前读。此处只作为测试使用
测试表:
```sql
--设置RR模式下测试
mysql> set global transaction isolation level REPEATABLE READ;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

--重启终端
mysql> select @@tx_isolation;
+-----------------+
| @@tx_isolation  |
+-----------------+
| REPEATABLE-READ |
+-----------------+
1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

--依旧用之前的表
create table if not exists account(
id int primary key,
name varchar(50) not null default '',
blance decimal(10,2) not null default 0.0
)ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=UTF8;

--插入一条记录,用来测试
mysql> insert into user (id, age, name) values (1, 15,'黄蓉');
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

测试用例1-表1:

+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
|      事务A操作          |       事务A描述    |         事务B描述      |       事务B操作     |
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
|       begin            |    开启事务        |         开启事务       |        begin      | 
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
| select * from user     | 快照读(无影响)查询  |        快照读查询       | select * from user|
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
| update user set age=18 |   更新 age=18     |             -         |         -         |
| where id=1;            |                  |            -          |         -         |
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
|       commit           |      提交事务     |             -         |          -         |
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
|           -            |        -         |    select 快照读 ,     | select * from user |
|           -            |        -         |    没有读到 age=18     |                    |
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
|           -            |        -         | select lock in share  | select * from user |
|           -            |        -         | mode当前读 , 读到age=18 | lock in share mode|
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
|      事务A操作          |       事务A描述    |         事务B描述      |       事务B操作     |
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
|       begin            |    开启事务        |         开启事务       |        begin      | 
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
| select * from user     | 快照读,查到age=18 |             -         |          -         |
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
| update user set age=28 |   更新 age=28     |             -         |         -         |
| where id=1;            |                  |            -          |         -         |
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
|       commit           |      提交事务     |             -         |          -         |
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
|           -            |        -         |    select 快照读       | select * from user |
|           -            |        -         |       age=28          |                    |
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
|           -            |        -         | select lock in share  | select * from user |
|           -            |        -         | mode当前读 age=28      | lock in share mode |
+------------------------+------------------+-----------------------+--------------------+
  • 用例1与用例2:唯一区别仅仅是 表1 的事务B在事务A修改age前 快照读 过一次age数据
  • 而 表2 的事务B在事务A修改age前没有进行过快照读。

结论:

  • 事务中快照读的结果是非常依赖该事务首次出现快照读的地方,即某个事务中首次出现快照读,决 定该事务后续快照读结果的能力
  • delete同样如此

    总结:(RR 与 RC的本质区别)

  • 正是Read View生成时机的不同,从而造成RC,RR级别下快照读的结果的不同
  • 在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;
  • 即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
  • ==Read View是事务可见性的一个类,不是事务创建出来,就会有Read View。
    而是当这个事务(已经存在),首次进行快照读的时候,mysql形成Read View==
  • 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
  • ==read view形成的时机的不同(也就是快照的时机不同),会影响事务的可见性!==
  • 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。
  • 正是RC每次快照读,都会形成Read View,所以,RC才会有不可重复读问题。

    读-读

  • 不讨论

    写-写

  • 现阶段,直接理解成都是当前读,当前不做深究

    推荐阅读

    关于这块,有很好的文章,推荐大家阅读
    https://blog.csdn.net/SnailMann/article/details/94724197
    https://www.cnblogs.com/f-ck-need-u/archive/2018/05/08/9010872.html
    https://blog.csdn.net/chenghan_yang/article/details/97630626

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