MVCC全稱是Multi-Version Concurrency Control（多版本併發控制），是一種併發控制的方法，通過維護一個數據的多個版本，減少讀寫操作的衝突。 如果沒有MVCC，想要實現同一條數據的併發讀寫，還要保證數據的安全性，就需要操作數據的時候加讀鎖和寫鎖，這樣就降低了資料庫的併發... ...
1. 什麼是MVCC
MVCC全稱是Multi-Version Concurrency Control（多版本併發控制），是一種併發控制的方法，通過維護一個數據的多個版本，減少讀寫操作的衝突。
如果沒有MVCC，想要實現同一條數據的併發讀寫，還要保證數據的安全性，就需要操作數據的時候加讀鎖和寫鎖，這樣就降低了資料庫的併發性能。
有了MVCC，就相當於把同一份數據生成了多個版本，在操作的開始各生成一個快照，讀寫操作互不影響。無需加鎖，也實現數據的安全性和事務的隔離性。
事務的四大特性中隔離性就是基於MVCC實現的。
說MVCC的實現原理之前，先說一下事務的隔離級別。
2. 事務的隔離級別
說隔離級別之前，先說一下併發事務產生的問題：
臟讀： 一個事務讀到其他事務未提交的數據。
不可重覆讀： 相同的查詢條件，多次查詢到的結果不一致，即讀到其他事務提交後的數據。
幻讀： 相同的查詢條件，多次查詢到的結果不一致，即讀到其他事務提交後的數據。
不可重覆讀與幻讀的區別是： 不可重覆讀是讀到了其他事務執行update、delete後的數據，而幻讀是讀到其他事務執行insert後的數據。
再說一下事務的四大隔離級別：
Read UnCommitted（讀未提交）： 讀到其他事務未提交的數據，會出現臟讀、不可重覆讀、幻讀。
Read Committed（讀已提交）： 讀到其他事務已提交的數據，解決了臟讀，會出現不可重覆讀、幻讀。
Repeatable Read（可重覆讀）： 相同的條件，多次讀取到的結果一致。解決了臟讀、不可重覆讀，會出現幻讀。
Serializable（串列化）： 所有事務串列執行，解決了臟讀、不可重覆讀、幻讀。
| 隔離級別 | 臟讀 | 不可重覆讀 | 幻讀 |
|---|---|---|---|
| 讀未提交 | 會 | 會 | 會 |
| 讀已提交 | 不會 | 會 | 會 |
| 可重覆讀 | 不會 | 不會 | 會 |
| 串列化 | 不會 | 不會 | 不會 |
MVCC只在Read Committed和Repeatable Read兩個隔離級別下起作用，因為Read UnCommitted隔離級別下，讀寫都不加鎖，Serializable隔離級別下，讀寫都加鎖，也就不需要MVCC了。
再談一下Undo log日誌。
3. Undo Log（回滾日誌）
Undo Log記錄的是邏輯日誌，也就是SQL語句。
比如：當我們執行一條insert語句時，Undo Log就記錄一條相反的delete語句。
作用：
-
回滾事務時，恢復到修改前的數據。
-
實現 MVCC 。
事務四大特性中原子性也是基於Undo Log實現的。
下麵開始談一下MVCC的實現原理。
4. MVCC的實現原理
4.1 當前讀和快照讀
先普及一下什麼是當前讀和快照讀。
當前讀： 讀取數據的最新版本，並對數據進行加鎖。
例如：insert、update、delete、select for update、 select lock in share mode。
快照讀： 讀取數據的歷史版本，不對數據加鎖。
例如：select
MVCC是基於Undo Log、隱藏欄位、Read View（讀視圖）實現的。
4.2 隱藏欄位
先說一下MySQL的隱藏欄位，當我們創建一張表時，InnoDB引擎會增加2個隱藏欄位。
DB_TRX_ID（最近一次提交事務的ID）：修改表數據時，都會提交事務，每個事務都有一個唯一的ID，這個欄位就記錄了最近一次提交事務的ID。
DB_ROLL_PTR（上個版本的地址）：修改表數據時，舊版本的數據都會被記錄到Undo Log日誌中，每個版本的數據都有一個版本地址，這個欄位記錄的就是上個版本的地址。
4.3 版本鏈
當我們第一次往用戶表插入一條記錄時，表數據和隱藏欄位的值是下麵這樣的：
insert into user (name,age) values ('一燈',1);
事務ID（DB_TRX_ID）是1，上個版本地址（DB_ROLL_PTR）是null。
第二次提交事務，把用戶年齡加1。
update user set age=age+1 where id=1;
事務ID變成2，上個版本地址指向Undo Log中的記錄。
第三次提交事務，再把用戶年齡加1。
update user set age=age+1 where id=1;
事務ID變成3，上個版本地址指向Undo Log中事務ID為2的記錄。
這樣表記錄和Undo Log歷史數據就組成了一個版本鏈。
4.4 Read View（讀視圖）
在事務中，執行SQL查詢，就會生成一個讀視圖，是用來保證數據的可見性，即讀到Undo Log中哪個版本的數據。
快照讀一般是讀取的歷史版本的讀視圖，當前圖會生成一個最新版本的讀視圖。
讀視圖是基於下麵幾個欄位實現的：
m_ids ：當前系統中活躍的事務ID集合，即未提交的事務。
min_trx_id ：m_ids中最小的ID
max_trx_id ：下一個要分配的事務ID
creator_trx_id: 當前事務ID
讀視圖決定當前事務能讀到哪個版本的數據，從表記錄到Undo Log歷史數據的版本鏈，依次匹配，滿足哪個版本的匹配規則，就能讀到哪個版本的數據，一旦匹配成功就不再往下匹配。
數據可見性規則：
- DB_TRX_ID = creator_trx_id
如果這個版本數據的事務ID等於當前事務ID，表示數據記錄的最後一次操作的事務就是當前事務，當前讀視圖可以讀到這個版本的數據。 - DB_TRX_ID < min_trx_id
如果這個版本數據的事務ID小於所有活躍事務ID，表示這個版本的數據不再被事務使用，即事務已提交，當前讀視圖可以讀到這個版本的數據。 - DB_TRX_ID >= max_trx_id
如果這個版本數據的事務ID大於等於下一個要分配的事務ID，表示有新事務更新了這個版本的數據，這種情況下，當前讀視圖不可以讀到這個版本的數據。 - min_trx_id <= DB_TRX_ID < max_trx_id
如果這個版本數據的事務ID在當前系統中活躍的事務ID集合（m_ids）裡面，表示這個版本的數據被其他事務更新過，當前讀視圖不可以讀到這個版本的數據。
如果這個版本數據的事務ID不在當前系統中活躍的事務ID集合（m_ids）裡面，表示是在其他事務提交後創建的讀視圖，當前讀視圖可以讀到這個版本的數據。
5. 不同隔離級別下可見性分析
在不同的事務隔離級別下，生成讀視圖的規則不同：
- READ COMMITTED（讀已提交） ：在事務中每一次執行快照讀時都生成一個讀視圖，每個讀視圖中四個欄位的值都是不同的。
- REPEATABLE READ（可重覆讀）：僅在事務中第一次執行快照讀時生成讀視圖，後續復用這個讀視圖。
5.1 READ COMMITTED（讀已提交）
設置MySQL隔離級別為讀已提交：
SET session TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
執行兩個事務，驗證一下：
事務1第一次查詢時，會生成一個讀視圖，讀視圖的各個屬性如下：
| 屬性 | 值 |
|---|---|
| m_ids | 1,2 |
| min_limit_id | 1 |
| max_limit_id | 3 |
| creator_trx_id | 1 |
可見的版本鏈數據是：
符號規則 DB_TRX_ID = creator_trx_id = 1，可以看到當前版本的數據。
事務1第二次查詢時，會生成一個新的讀視圖，讀視圖的各個屬性如下：
| 屬性 | 值 |
|---|---|
| m_ids | 1 |
| min_limit_id | 1 |
| max_limit_id | 3 |
| creator_trx_id | 1 |
可見的版本鏈數據是：
符號規則 min_trx_id <= DB_TRX_ID < max_trx_id（1<=2<3），並且當前數據版本的事務ID不在當前系統中活躍的事務ID集合，可以看到當前版本的數據。
同一個事務內，相同的查詢條件，查詢到的數據不一致，查到了其他事務更新過的數據，也就是出現了不可重覆讀的情況。
再看一下，在可重覆讀隔離級別下，是怎麼解決這個問題的。
5.2 REPEATABLE READ（可重覆讀）
設置MySQL隔離級別為可重覆讀：
SET session TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
執行兩個事務，驗證一下：
事務1第一次查詢時，會生成一個讀視圖，讀視圖的各個屬性如下：
| 屬性 | 值 |
|---|---|
| m_ids | 1,2 |
| min_limit_id | 1 |
| max_limit_id | 3 |
| creator_trx_id | 1 |
可見的版本鏈數據是：
符號規則 DB_TRX_ID = creator_trx_id = 1，可以看到當前版本的數據。
事務1第二次查詢時，會復用原有的讀視圖，讀視圖的各個屬性如下：
| 屬性 | 值 |
|---|---|
| m_ids | 1，2 |
| min_limit_id | 1 |
| max_limit_id | 3 |
| creator_trx_id | 1 |
可見的版本鏈數據是：
符號規則 min_trx_id <= DB_TRX_ID < max_trx_id（1<=2<3），並且當前數據版本的事務ID在當前系統中活躍的事務ID集合，所以是不可以看到當前版本的數據。
由此得知，可重覆讀隔離級別下，相同的查詢條件，兩次查詢到的結果相同，也就是解決了可重覆讀的問題，是通過復用原有的讀視圖的方式解決的。
