MySQL InnoDB引擎(下)

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
日志服务 SLS,月写入数据量 50GB 1个月
简介: MySQL InnoDB引擎

MySQL InnoDB引擎(上):https://developer.aliyun.com/article/1492013


  1. 快照读

简单的select(不加锁)就是快照读,快照读,读取的是记录数据的可见版本,有可能是历史数据,不加锁,是非阻塞读。

  • Read Committed:每次select,都生成一个快照读。
  • Repeatable Read:开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。
  • Serializable:快照读会退化为当前读。

测试:

在测试中,我们看到即使事务B提交了数据,事务A中也查询不到。 原因就是因为普通的select是快照读,而在当前默认的RR隔离级别下,开启事务后第一个select语句才是快照读的地方,后面执行相同的select语句都是从快照中获取数据,可能不是当前的最新数据,这样也就保证了可重复读。


  1. MVCC

全称 Multi-Version Concurrency Control,多版本并发控制。指维护一个数据的多个版本,使得读写操作没有冲突,快照读为MySQL实现MVCC提供了一个非阻塞读功能。MVCC的具体实现,还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、undo log日志、readView。

接下来,我们再来介绍一下InnoDB引擎的表中涉及到的隐藏字段 、undolog 以及 readview,从而来介绍一下MVCC的原理。


隐藏字段


介绍

当我们创建了上面的这张表,我们在查看表结构的时候,就可以显式的看到这三个字段。 实际上除了这三个字段以外,InnoDB还会自动的给我们添加三个隐藏字段及其含义分别是:

隐藏字段 含义
DB_TRX_ID 最近修改事务ID,记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID。
DB_ROLL_PTR 回滚指针,指向这条记录的上一个版本,用于配合undo log,指向上一个版本。
DB_ROW_ID 隐藏主键,如果表结构没有指定主键,将会生成该隐藏字段。

而上述的前两个字段是肯定会添加的, 是否添加最后一个字段DB_ROW_ID,得看当前表有没有主键,如果有主键,则不会添加该隐藏字段。


测试

  1. 查看有主键的表 stu

进入服务器中的 /var/lib/mysql/MySQL_Advanced/ , 查看stu的表结构信息, 通过如下指令:

ibd2sdi stu.ibd

查看到的表结构信息中,有一栏 columns,在其中我们会看到处理我们建表时指定的字段以外,还有额外的两个字段 分别是:DB_TRX_ID 、 DB_ROLL_PTR ,因为该表有主键,所以没有DB_ROW_ID隐藏字段。

{
      "name": "DB_TRX_ID",
      "type": 10,
      "is_nullable": false,
      "is_zerofill": false,
      "is_unsigned": false,
      "is_auto_increment": false,
      "is_virtual": false,
      "hidden": 2,
      "ordinal_position": 4,
      "char_length": 6,
      "numeric_precision": 0,
      "numeric_scale": 0,
      "numeric_scale_null": true,
      "datetime_precision": 0,
      "datetime_precision_null": 1,
      "has_no_default": false,
      "default_value_null": true,
      "srs_id_null": true,
      "srs_id": 0,
      "default_value": "",
      "default_value_utf8_null": true,
      "default_value_utf8": "",
      "default_option": "",
      "update_option": "",
      "comment": "",
      "generation_expression": "",
      "generation_expression_utf8": "",
      "options": "",
      "se_private_data": "table_id=1074;",
      "engine_attribute": "",
      "secondary_engine_attribute": "",
      "column_key": 1,
      "column_type_utf8": "",
      "elements": [],
      "collation_id": 63,
      "is_explicit_collation": false
  },
  {
      "name": "DB_ROLL_PTR",
      "type": 9,
      "is_nullable": false,
      "is_zerofill": false,
      "is_unsigned": false,
      "is_auto_increment": false,
      "is_virtual": false,
      "hidden": 2,
      "ordinal_position": 5,
      "char_length": 7,
      "numeric_precision": 0,
      "numeric_scale": 0,
      "numeric_scale_null": true,
      "datetime_precision": 0,
      "datetime_precision_null": 1,
      "has_no_default": false,
      "default_value_null": true,
      "srs_id_null": true,
      "srs_id": 0,
      "default_value": "",
      "default_value_utf8_null": true,
      "default_value_utf8": "",
      "default_option": "",
      "update_option": "",
      "comment": "",
      "generation_expression": "",
      "generation_expression_utf8": "",
      "options": "",
      "se_private_data": "table_id=1074;",
      "engine_attribute": "",
      "secondary_engine_attribute": "",
      "column_key": 1,
      "column_type_utf8": "",
      "elements": [],
      "collation_id": 63,
      "is_explicit_collation": false
  }
  1. 查看没有主键的表 employee

建表语句:

create table employee (id int , name varchar(10));

此时,我们再通过以下指令来查看表结构及其其中的字段信息:

ibd2sdi employee.ibd

查看到的表结构信息中,有一栏 columns,在其中我们会看到处理我们建表时指定的字段以外,还有额外的三个字段 分别是:DB_TRX_ID 、 DB_ROLL_PTR 、DB_ROW_ID,因为employee表是没有指定主键的。

{
                "name": "DB_ROW_ID",
                "type": 10,
                "is_nullable": false,
                "is_zerofill": false,
                "is_unsigned": false,
                "is_auto_increment": false,
                "is_virtual": false,
                "hidden": 2,
                "ordinal_position": 3,
                "char_length": 6,
                "numeric_precision": 0,
                "numeric_scale": 0,
                "numeric_scale_null": true,
                "datetime_precision": 0,
                "datetime_precision_null": 1,
                "has_no_default": false,
                "default_value_null": true,
                "srs_id_null": true,
                "srs_id": 0,
                "default_value": "",
                "default_value_utf8_null": true,
                "default_value_utf8": "",
                "default_option": "",
                "update_option": "",
                "comment": "",
                "generation_expression": "",
                "generation_expression_utf8": "",
                "options": "",
                "se_private_data": "table_id=1076;",
                "engine_attribute": "",
                "secondary_engine_attribute": "",
                "column_key": 1,
                "column_type_utf8": "",
                "elements": [],
                "collation_id": 63,
                "is_explicit_collation": false
            },
            {
                "name": "DB_TRX_ID",
                "type": 10,
                "is_nullable": false,
                "is_zerofill": false,
                "is_unsigned": false,
                "is_auto_increment": false,
                "is_virtual": false,
                "hidden": 2,
                "ordinal_position": 4,
                "char_length": 6,
                "numeric_precision": 0,
                "numeric_scale": 0,
                "numeric_scale_null": true,
                "datetime_precision": 0,
                "datetime_precision_null": 1,
                "has_no_default": false,
                "default_value_null": true,
                "srs_id_null": true,
                "srs_id": 0,
                "default_value": "",
                "default_value_utf8_null": true,
                "default_value_utf8": "",
                "default_option": "",
                "update_option": "",
                "comment": "",
                "generation_expression": "",
                "generation_expression_utf8": "",
                "options": "",
                "se_private_data": "table_id=1076;",
                "engine_attribute": "",
                "secondary_engine_attribute": "",
                "column_key": 1,
                "column_type_utf8": "",
                "elements": [],
                "collation_id": 63,
                "is_explicit_collation": false
            },
            {
                "name": "DB_ROLL_PTR",
                "type": 9,
                "is_nullable": false,
                "is_zerofill": false,
                "is_unsigned": false,
                "is_auto_increment": false,
                "is_virtual": false,
                "hidden": 2,
                "ordinal_position": 5,
                "char_length": 7,
                "numeric_precision": 0,
                "numeric_scale": 0,
                "numeric_scale_null": true,
                "datetime_precision": 0,
                "datetime_precision_null": 1,
                "has_no_default": false,
                "default_value_null": true,
                "srs_id_null": true,
                "srs_id": 0,
                "default_value": "",
                "default_value_utf8_null": true,
                "default_value_utf8": "",
                "default_option": "",
                "update_option": "",
                "comment": "",
                "generation_expression": "",
                "generation_expression_utf8": "",
                "options": "",
                "se_private_data": "table_id=1076;",
                "engine_attribute": "",
                "secondary_engine_attribute": "",
                "column_key": 1,
                "column_type_utf8": "",
                "elements": [],
                "collation_id": 63,
                "is_explicit_collation": false
            }
        ],


undolog


介绍

回滚日志,在insert、update、delete的时候产生的便于数据回滚的日志。

当insert的时候,产生的undo log日志只在回滚时需要,在事务提交后,可被立即删除。

而update、delete的时候,产生的undo log日志不仅在回滚时需要,在快照读时也需要,不会立即被删除。


版本链


有一张表原始数据为:

DB_TRX_ID : 代表最近修改事务ID,记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID,是自增的。

DB_ROLL_PTR: 由于这条数据是才插入的,没有被更新过,所以该字段值为null。

然后,有四个并发事务同时在访问这张表。

A. 第一步

当事务2执行第一条修改语句时,会记录undo log日志,记录数据变更之前的样子; 然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID,回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

B.第二步

当事务3执行第一条修改语句时,也会记录undo log日志,记录数据变更之前的样子; 然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID,回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

C. 第三步

当事务4执行第一条修改语句时,也会记录undo log日志,记录数据变更之前的样子; 然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID,回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

最终我们发现,不同事务或相同事务对同一条记录进行修改,会导致该记录的undolog生成一条记录版本链表,链表的头部是最新的旧记录,链表尾部是最早的旧记录。


readview


ReadView(读视图)是 快照读 SQL执行时MVCC提取数据的依据,记录并维护系统当前活跃的事务(未提交的)id。

ReadView中包含了四个核心字段:

字段 含义
m_ids 当前活跃的事务ID集合
min_trx_id 最小活跃事务ID
max_trx_id 预分配事务ID,当前最大事务ID+1(因为事务ID是自增的)
creator_trx_id ReadView创建者的事务ID

而在readview中就规定了版本链数据的访问规则:

trx_id 代表当前undolog版本链对应事务ID。

条件 是否可以访问 说明
trx_id == creator_trx_id 可以访问该版本 成立,说明数据是当前这个事务更改的。
trx_id < min_trx_id 可以访问该版本 成立,说明数据已经提交了。
trx_id > max_trx_id 不可以访问该版本 成立,说明该事务是在ReadView生成后才开启。
min_trx_id <= trx_id <= max_trx_id 如果trx_id不在m_ids中,是可以访问该版本的 成立,说明数据已经提交。

不同的隔离级别,生成ReadView的时机不同:

  • READ COMMITTED :在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。
  • REPEATABLE READ:仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView,后续复用该ReadView。


原理分析


RC隔离级别


RC隔离级别下,在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。

我们就来分析事务5中,两次快照读读取数据,是如何获取数据的?

在事务5中,查询了两次id为30的记录,由于隔离级别为Read Committed,所以每一次进行快照读都会生成一个ReadView,那么两次生成的ReadView如下。

那么这两次快照读在获取数据时,就需要根据所生成的ReadView以及ReadView的版本链访问规则,到undolog版本链中匹配数据,最终决定此次快照读返回的数据。

A. 先来看第一次快照读具体的读取过程:

在进行匹配时,会从undo log的版本链,从上到下进行挨个匹配:

  • 先匹配 这条记录,这条记录对应的trx_id为4,也就是将4带入右侧的匹配规则中。 ①不满足 ②不满足 ③不满足 ④也不满足 ,都不满足,则继续匹配undo log版本链的下一条。
  • 再匹配第二条 ,这条记录对应的trx_id为3,也就是将3带入右侧的匹配规则中。①不满足 ②不满足 ③不满足 ④也不满足 ,都不满足,则继续匹配undo log版本链的下一条。
  • 再匹配第三条 ,这条记录对应的trx_id为2,也就是将2带入右侧的匹配规则中。①不满足 ②满足 终止匹配,此次快照读,返回的数据就是版本链中记录的这条数据。

B. 再来看第二次快照读具体的读取过程:

在进行匹配时,会从undo log的版本链,从上到下进行挨个匹配:

  • 先匹配 这条记录,这条记录对应的trx_id为4,也就是将4带入右侧的匹配规则中。 ①不满足 ②不满足 ③不满足 ④也不满足 ,都不满足,则继续匹配undo log版本链的下一条。
  • 再匹配第二条 ,这条记录对应的trx_id为3,也就是将3带入右侧的匹配规则中。①不满足 ②满足 。终止匹配,此次快照读,返回的数据就是版本链中记录的这条数据。


RR隔离级别


RR隔离级别下,仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView,后续复用该ReadView。 而RR 是可重复读,在一个事务中,执行两次相同的select语句,查询到的结果是一样的。

那MySQL是如何做到可重复读的呢? 我们简单分析一下就知道了

我们看到,在RR隔离级别下,只是在事务中第一次快照读时生成ReadView,后续都是复用该ReadView,那么既然ReadView都一样, ReadView的版本链匹配规则也一样, 那么最终快照读返回的结果也是一样的。

所以呢,MVCC的实现原理就是通过 InnoDB表的隐藏字段、UndoLog 版本链、ReadView来实现的。而MVCC + 锁,则实现了事务的隔离性。 而一致性则是由redolog 与 undolog保证。

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