【MySQL 数据宝典】【事务锁】- 002 事务控制的演进

一、事务处理思路

1.1 排队

排队处理是事务管理最简单的方法，就是完全顺序执行所有事务的数据库操作，不需要加锁，简单的说就是全局排队。序列化执行所有的事务单元，数据库某个时刻只处理一个事务操作，特点是强一致性，处理性能低。
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1.2 排它锁

引入锁之后就可以支持并发处理事务，如果事务之间涉及到相同的数据项时，会使用排他锁，或叫互斥锁，先进入的事务独占数据项以后，其他事务被阻塞，等待前面的事务释放锁。
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1.3 读写锁

读和写操作：读读、写写、读写、写读。
读写锁就是进一步细化锁的颗粒度，区分读操作和写操作，让读和读之间不加锁，这样下面的两个事务就可以同时被执行了。
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读写锁，可以让读和读并行，而读和写、写和读、写和写这几种之间还是要加排他锁。

1.4 乐观锁

通过版本进行判断，MVCC 就是其中一种实现方式

二、 MVCC

2.1 基础概念

MVCC（Multi Version Concurrency Control）被称为多版本控制，是指在数据库中为了实现高并发的数据访问，对数据进行多版本处理，并通过事务的可见性来保证事务能看到自己应该看到的数据版本。
MVCC最大的好处是读不加锁，读写不冲突。在读多写少的系统应用中，读写不冲突是非常重要的，极大的提升系统的并发性能，这也是为什么现阶段几乎所有的关系型数据库都支持 MVCC 的原因，不过目前MVCC只在** Read Commited** 和 **Repeatable Read **两种隔离级别下工作。

2.2 Undo Log 多版本链

在前面我们介绍过，每条数据都有两个隐藏的字段，事务 Id (trx_id)，回滚指针 (roll_pointer)

  • trx_id : 记录最近一次更新这条数据的事务 Id
  • roll_pointer : 指向之前生成的 undo log

生成流程

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接着又有一个事务B (trx_id=58) 过来,对同一条数据进行修改,将值改为B,事务B的id是58,在更新之前会生成一个undo log来记录之前的值.然后会让roll_pointer指向这个实际的undo log回滚日志:
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如果再有一个事务C (trx_id=69) 继续更新该条记录值为C,则会跟第二步的步骤一样
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总结： 每一条数据都有多个版本，版本之间通过 undo log 链来进行连接
好处： 每个事务提交的时候一旦需要回滚操作，可以保证同一个事务只能读到比当前版本更早提交的值

2.3 Read View

核心解决问题： 需要判断一下版本链中的哪个版本是当前事务可见的
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如上是一个 Read View 所存储的信息

  • m_ids ：表示在生成 ReadView 时当前系统中活跃的读写事务的 事务id 列表。
  • min_trx_id ：表示在生成 ReadView 时当前系统中活跃的读写事务中最小的 事务id ，也就是 m_ids 中的最 小值。
  • creator_trx_id ：表示生成该 ReadView 的事务的 事务id 。
  • max_trx_id ：表示生成 ReadView 时系统中应该分配给下一个事务的 id 值。

注意max_trx_id并不是m_ids中的最大值，事务id是递增分配的。比方说现在有id为1，2，3这三 个事务，之后id为3的事务提交了。那么一个新的读事务在生成ReadView时，m_ids就包括1和2，mi n_trx_id的值就是1，max_trx_id的值就是4。

我们前边说过，只有在对表中的记录做改动时（执行INSERT、DELETE、UPDATE这些语句时）才会 为事务分配事务id，否则在一个只读事务中的事务id值都默认为0。

核心流程

  1. 假设数据库有一行数据,很早就有事务操作过,事务id 是32. 此时两个事务并发过来执行了, 一个事务A (id=45),一个事务B (id=59). 事务A需要读取数据,而事务B需要更新数据,如下图:

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如果不加任何限制,这里会出现脏读的情况,也就是一个事务可能会读到一个没有提交的值.

  1. 现在事务A直接开启一个ReadView，这个ReadView里的m_ids就包含了事务A和事务B的两个id，45和59，然后min_trx_id就是45，max_trx_id就是60. creator_trx_id就是45，是事务A自己。

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  1. 此时事务A第一次查询这行数据，首先会判断一下当前这行数据的txr_id是否小于ReadView中的min_trx_id，此时发现txr_id=32，是小于ReadView里的min_trx_id就是45的，说明你事务开启之前，修改这行数据的事务已经提交了，所以此时可以查到这行数据，如下图所示:

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  1. 接下来事务B开始操作该条数据,他把这行数据的值修改为了值B,然后将这行数据的txr_id设置为自己的id,也就是59，同时roll_pointer指向了修改之前生成的一个undo log，然后事务B提交,如下图所示

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  1. 这时事务A再次执行了查询,但是却发现数据行里的txr_id=59
  • max_trx_id(60)>trxid (59) > mintrxid(45): 说明当前事务的数据是可能在自己同一时刻开启的
  • m_ids（45,59）包含了当前事务，说明就是同一时刻

所以当前记录无法查询
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  1. 事务A根据roll_point顺着undo log版本链向下找，找到最近的一条undo log，trx_id是32。由于trx_id=32小于ReadView里的min_trx_id（45），说明这个undo log版本是在事务A开启之前就执行且提交的。因此，事务A可以查询最近的这个undo log里的值，这时undo log版本链的作用就体现出来了，它保存了一条快照链条，而事务A读取到的数据就是之前的快照数据。

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Read View总结

  • 通过Read View判断记录的某个版本是否可见的方式总结:
    • trx_id = creator_trx_id
      如果被访问版本的trx_id,与readview中的creator_trx_id值相同,表明当前事务在访问自己修改过的记录,该版本可以被当前事务访问.
    • trx_id < min_trx_id
      如果被访问版本的trx_id,小于readview中的min_trx_id值,表明生成该版本的事务在当前事务生成readview前已经提交,该版本可以被当前事务访问.
    • trx_id >= max_trx_id
      如果被访问版本的trx_id,大于或等于readview中的max_trx_id值,表明生成该版本的事务在当前事务生成readview后才开启,该版本不可以被当前事务访问.
    • trx_id > min_trx_id && trx_id < max_trx_id
      如果被访问版本的trx_id,值在readview的min_trx_id和max_trx_id之间，就需要判断trx_id属性值是不是在m_ids列表中？
      • 在：说明创建readview时生成该版本的事务还是活跃的,该版本不可以被访问
    • 不在：说明创建readview时生成该版本的事务已经被提交,该版本可以被访问
  • 生成readview时机
    • RC隔离级别：每次读取数据前，都生成一个readview.
    • RR隔离级别：在第一次读取数据前，生成一个readview,之后read view不再更新.

2.4 MVCC 在 MySQL 中的具体实现

2.4.1 简介

MySQL中实现MVCC（多版本并发控制）的机制主要基于undo log多版本链和ReadView机制。下面是MySQL中MVCC的实现方式的详细说明：

2.4.2 数据表隐藏字段

MySQL为了实现MVCC，在每个表中添加了一些隐藏字段：

  • DATA_TRX_ID（6字节）： 记录最新更新该行记录的事务ID，每个事务处理时会自动设置为当前事务ID。但值得注意的是，DATA_TRX_ID只有在事务提交之后才会更新。
  • DATA_ROLL_PTR（7字节）： 一个rollback指针，指向当前行数据的上一个版本。通过这个指针将数据的多个版本连接在一起构成一个undo log版本链。
  • DB_ROW_ID（6字节）： 隐含的自增ID，用来唯一标识每一行的字段。
  • DELETE BIT位： 标识当前记录是否被删除，实际上并不是真正的删除数据，而是一个标志。真正的删除操作是在事务提交的时候执行。

2.4.3 场景示例

查询 SELECT
  1. 在查询时，InnoDB只查找版本早于当前事务版本的数据行，即数据行的版本必须小于等于当前事务的版本。这确保当前事务读取的行都是事务之前已经存在的，或者是由当前事务创建或修改的行。
  2. 对于被删除的行，其删除操作的版本一定是未定义的或者大于当前事务的版本号，这意味着在当前事务开始之前，行没有被删除。只有符合以上两点，才会返回查询结果。
删除 DELETE
  • 删除操作会修改DATA_TRX_ID的值为当前执行删除操作的事务ID，并将DELETE BIT设置为True，表示被删除。
增加 INSERT
  • 新记录的DATA_TRX_ID会被设置为当前事务ID。
修改 UPDATE
  • 修改操作会使用排它锁锁定该行，以保证写操作的一致性。
  • 同时，会记录redo log，将更新之后的数据记录到redo log中，以便日后使用。
  • 也会记录undo log，将更新之前的数据记录到undo log中，以便回滚操作。

2.4.4 总结

通过undo log多版本链和ReadView机制的结合，MySQL实现了MVCC机制，确保了数据库在并发操作下的一致性和隔离性。

三、MVCC 读操作分类

在 MVCC 并发控制中，读操作可以分为两类: 快照读（Snapshot Read）与当前读 （Current Read）。

  • 快照读
    快照读是指读取数据时不是读取最新版本的数据，而是基于历史版本读取的一个快照信息（mysql读取undo log历史版本) ，快照读可以使普通的SELECT 读取数据时不用对表数据进行加锁，从而解决了因为对数据库表的加锁而导致的两个如下问题
    1. 解决了因加锁导致的修改数据时无法对数据读取问题.
    2. 解决了因加锁导致读取数据时无法对数据进行修改的问题.
  • 当前读
    当前读是读取的数据库最新的数据，当前读和快照读不同，因为要读取最新的数据而且要保证事务的隔离性，所以当前读是需要对数据进行加锁的
    • Update delete insert select ....lock in share mode
    • select for update 为当前读

MVCC已经实现了读读、读写、写读并发处理，如果想进一步解决写写冲突，可以采用下面两种方案：

  • 乐观锁
  • 悲观锁

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