數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)的三種場(chǎng)景

• 讀-讀 ：不存在任何問(wèn)題，也不需要并發(fā)控制
• 讀-寫(xiě) ：有線(xiàn)程安全問(wèn)題，可能會(huì)造成事務(wù)隔離性問(wèn)題，可能遇到臟讀，幻讀，不可重復(fù)讀
• 寫(xiě)-寫(xiě) ：有線(xiàn)程安全問(wèn)題，可能會(huì)存在更新丟失問(wèn)題

在這三種場(chǎng)景中 讀-讀幾乎沒(méi)有任何問(wèn)題 所以我們不需要并發(fā)控制

寫(xiě)-寫(xiě)并發(fā)只需要加鎖控制即可

所以說(shuō)我們今天重點(diǎn)討論下讀-寫(xiě)并發(fā)

MVCC

基本介紹

多版本并發(fā)控制（ MVCC ）是一種用來(lái)解決 讀-寫(xiě)沖突 的無(wú)鎖并發(fā)控制

為事務(wù)分配單向增長(zhǎng)的事務(wù)ID，為每個(gè)修改保存一個(gè)版本，版本與事務(wù)ID關(guān)聯(lián)，讀操作只讀該事務(wù)開(kāi)始前的數(shù)據(jù)庫(kù)的快照。 所以 MVCC 可以為數(shù)據(jù)庫(kù)解決以下問(wèn)題

• 在并發(fā)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，可以做到在讀操作時(shí)不用阻塞寫(xiě)操作，寫(xiě)操作也不用阻塞讀操作，提高了數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)讀寫(xiě)的性能
• 同時(shí)還可以解決臟讀，幻讀，不可重復(fù)讀等事務(wù)隔離問(wèn)題，但不能解決更新丟失問(wèn)題

在我們理解MVCC之前 我們需要知道三個(gè)前提知識(shí)

• 3個(gè)記錄隱藏字段
• undo 日志
• Read View

我們下面就分別先介紹下這三個(gè)隱藏字段

三個(gè)前提知識(shí)介紹

三個(gè)隱藏字段

• DB_TRX_ID ：6 byte，最近修改( 修改/插入 )事務(wù)ID，記錄創(chuàng)建這條記錄/最后一次修改該記錄的事務(wù)ID
• DB_ROLL_PTR : 7 byte，回滾指針，指向這條記錄的上一個(gè)版本（簡(jiǎn)單理解成，指向歷史版本就行，這些數(shù)據(jù)一般在 undo log 中）
• DB_ROW_ID : 6 byte，隱含的自增ID（隱藏主鍵），如果數(shù)據(jù)表沒(méi)有主鍵， InnoDB 會(huì)自動(dòng)以DB_ROW_ID 產(chǎn)生一個(gè)聚簇索引
• 實(shí)際還有一個(gè)刪除flag隱藏字段, 既記錄被更新或刪除并不代表真的刪除，而是刪除flag變了

假設(shè)我們現(xiàn)在創(chuàng)建并且插入了一條數(shù)據(jù) 代碼和顯示如下

mysql> create table if not exists student(
name varchar(11) not null,
age int not null
);
mysql> insert into student (name, age) values ('張三', 28);
Query OK, 1 row affected (0.05 sec)
mysql> select * from student;
+--------+-----+
| name | age |
+--------+-----+
| 張三 | 28 |
+--------+-----+
1 row in set (0.00 sec)

實(shí)際上在Linux隱藏字段的效果就是

對(duì)于上圖做出一定解釋

• 假設(shè)插入的事務(wù)ID是9 那么TRX_ID字段實(shí)際上就是9
• 因?yàn)檫@是我們插入的第一個(gè)數(shù)據(jù) 所以說(shuō)隱式主鍵就是1
• 因?yàn)檫@是第一個(gè)數(shù)據(jù) 沒(méi)有更前面的數(shù)據(jù)了 所以說(shuō)回滾指針指向的就是空
• 其實(shí)還有其他的隱藏字段 比如說(shuō)flag等 上面沒(méi)有標(biāo)識(shí)出

undo log日志

mySQL 將來(lái)是以服務(wù)進(jìn)程的方式，在內(nèi)存中運(yùn)行。我們之前所講的所有機(jī)制：索引，事務(wù)，隔離性，日志等，都是在內(nèi)存中完成的，即在 MySQL 內(nèi)部的相關(guān)緩沖區(qū)中，保存相關(guān)數(shù)據(jù)，完成各種判斷操作。然后在合適的時(shí)候，將相關(guān)數(shù)據(jù)刷新到磁盤(pán)當(dāng)中的。

所以，我們這里理解undo log，簡(jiǎn)單理解成，就是 MySQL 中的一段內(nèi)存緩沖區(qū)，用來(lái)保存日志數(shù)據(jù)的就行。

read view 快照

關(guān)于快照讀的知識(shí)下面模擬MVCC場(chǎng)景的時(shí)候會(huì)講

Read View就是事務(wù)進(jìn)行 快照讀 操作的時(shí)候生產(chǎn)的 讀視圖 (Read View)，在該事務(wù)執(zhí)行的快照讀的那一刻，會(huì)生成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)當(dāng)前的一個(gè)快照，記錄并維護(hù)系統(tǒng)當(dāng)前活躍事務(wù)的ID(當(dāng)每個(gè)事務(wù)開(kāi)啟時(shí)，都會(huì)被分配一個(gè)ID, 這個(gè)ID是遞增的，所以最新的事務(wù)，ID值越大)

Read View 在 MySQL 源碼中,就是一個(gè)類(lèi)，本質(zhì)是用來(lái)進(jìn)行可見(jiàn)性判斷的。 即當(dāng)我們某個(gè)事務(wù)執(zhí)行快照讀的時(shí)候，對(duì)該記錄創(chuàng)建一個(gè) Read View 讀視圖，把它比作條件,用來(lái)判斷當(dāng)前事務(wù)能夠看到哪個(gè)版本的數(shù)據(jù)，既可能是當(dāng)前最新的數(shù)據(jù)，也有可能是該行記錄的 undo log 里面的某個(gè)版本的數(shù)據(jù)。

下面是 ReadView 結(jié)構(gòu),但為了減少同學(xué)們負(fù)擔(dān)，我們簡(jiǎn)化一下

class ReadView {
	// 省略...
private:
	/** 高水位：大于等于這個(gè)ID的事務(wù)均不可見(jiàn)*/
	trx_id_t m_low_limit_id;
	/** 低水位：小于這個(gè)ID的事務(wù)均可見(jiàn) */
	trx_id_t m_up_limit_id;
	/** 創(chuàng)建該 Read View 的事務(wù)ID*/
	trx_id_t m_creator_trx_id;
	/** 創(chuàng)建視圖時(shí)的活躍事務(wù)id列表*/
	ids_t m_ids;
	/** 配合purge，標(biāo)識(shí)該視圖不需要小于m_low_limit_no的UNDO LOG，
	* 如果其他視圖也不需要，則可以刪除小于m_low_limit_no的UNDO LOG*/
	trx_id_t m_low_limit_no;
	/** 標(biāo)記視圖是否被關(guān)閉*/
	bool m_closed;
	// 省略...
};

m_ids; //一張列表，用來(lái)維護(hù)Read View生成時(shí)刻，系統(tǒng)正活躍的事務(wù)ID
up_limit_id; //記錄m_ids列表中事務(wù)ID最小的ID
low_limit_id; //ReadView生成時(shí)刻系統(tǒng)尚未分配的下一個(gè)事務(wù)ID，也就是目前已出現(xiàn)過(guò)的事務(wù)ID的最大值+1
creator_trx_id //創(chuàng)建該ReadView的事務(wù)ID

我們?cè)趯?shí)際讀取數(shù)據(jù)版本鏈的時(shí)候，是能讀取到每一個(gè)版本對(duì)應(yīng)的事務(wù)ID的，即：當(dāng)前記錄的DB_TRX_ID 。

那么，我們現(xiàn)在手里面有的東西就有，當(dāng)前快照讀的 ReadView 和 版本鏈中的某一個(gè)記錄的DB_TRX_ID 。

那么 現(xiàn)在我們的問(wèn)題就是 當(dāng)前快照讀，應(yīng)不應(yīng)該讀到當(dāng)前版本記錄。一張圖，解決所有問(wèn)題！

如果查到不應(yīng)該看到當(dāng)前版本，接下來(lái)就是遍歷下一個(gè)版本，直到符合條件，即可以看到。上面的readview 是當(dāng)你進(jìn)行select的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)形成。

看到這里有的同學(xué)可能會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)疑問(wèn) 如何遍歷下個(gè)版本呢？

我們之前說(shuō)過(guò) undo log其實(shí)就是一個(gè)緩沖區(qū) 并且里面有著回滾指針連接著的各種數(shù)據(jù) （實(shí)際上就是單鏈表連接的各種數(shù)據(jù)）

再次總結(jié)下

• 我們第一次開(kāi)啟事務(wù)的時(shí)候會(huì)生成一個(gè)read view的結(jié)構(gòu)體
• 該結(jié)構(gòu)體中會(huì)記錄活躍的最小事務(wù)id和比最大事務(wù)id還要大一的事務(wù)id
• 當(dāng)我們第一次select讀的時(shí)候會(huì)形成一個(gè)快照
• 如果說(shuō)當(dāng)前版本的TRX_ID小于最小的id 那么我們就可以見(jiàn)到
• 如果當(dāng)前版本的TRX_ID大于等于最大ID我們就不能見(jiàn)到
• 如果說(shuō)在最小和最大區(qū)間里面 并且該TRX_ID不是活躍ID（已提交） 則我們可以看到
• 如果說(shuō)在最小和最大區(qū)間里面 并且TRX_ID還是活躍ID（未提交） 則我們不能看到

轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)中的例子

現(xiàn)在的我們能夠看到我們出生之前所有人寫(xiě)的作品 但是我們不能看到還未出生的人寫(xiě)的作品

如果說(shuō)寫(xiě)書(shū)的人跟我們同一個(gè)時(shí)代 我們就要判斷這本書(shū)有沒(méi)有發(fā)表 （是否提交） 如果提交了我們就能看見(jiàn) 如果沒(méi)有提交 我們就不能看見(jiàn)

模擬MVCC場(chǎng)景

MVCC場(chǎng)景中有增刪改查 下面我們分別進(jìn)行討論

增

我們插入的時(shí)候只需要形成一條新的undo log版本鏈 將回滾指針指向前面的數(shù)據(jù) 如果需要回滾直接通過(guò)回滾指針找到需要覆蓋的數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋即可

刪

我們前面說(shuō)過(guò)了 mysql中還有一個(gè)隱藏的falg字段 因此 如果需要?jiǎng)h除的話(huà) 只需要將flag標(biāo)志位設(shè)置即可

改

這是最麻煩的一個(gè)環(huán)節(jié) 我們使用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明MVCC中的改

現(xiàn)在一個(gè)表中有如下的記錄

現(xiàn)在有一個(gè)事務(wù)ID為10的事務(wù) 要修改表中的name張三為李四

• 因?yàn)橐薷?所以我們肯定要先給記錄上鎖
• 修改之前 我們要將改之前的數(shù)據(jù)拷貝一份要undo log當(dāng)中 假設(shè)地址為0x11223344
• 之后我們修改原始數(shù)據(jù)中name為李四 并且將回滾指向0x11223344這個(gè)地址
• 事務(wù)10commit提交 釋放鎖

過(guò)程圖如下

如果還有事務(wù)要修改新的數(shù)據(jù)就參考上面的步驟即可

于是乎我們就形成了一條基于鏈表記錄的歷史版本鏈 undo log里面的一個(gè)個(gè)歷史版本就稱(chēng)為快照

現(xiàn)在我們明白了

• 所謂的回滾其實(shí)就是拿歷史版本鏈中的某條數(shù)據(jù)覆蓋當(dāng)前數(shù)據(jù)

查

首先我們要理解兩個(gè)概念 當(dāng)前讀和快照讀

• 當(dāng)前讀：讀取最新的記錄，就是當(dāng)前讀。增刪改，都叫做當(dāng)前讀，select也有可能當(dāng)前讀，比如select lock in share mode(共享鎖), select for update
• 快照讀：讀取歷史版本?？煺兆x不會(huì)被加鎖。

多個(gè)事務(wù)同時(shí)增刪改的時(shí)候是當(dāng)前讀 需要加鎖 在串行化的隔離級(jí)別下 select也是當(dāng)前讀 需要加鎖

如果select是快照讀 那么和增刪改的當(dāng)前讀不沖突 所以說(shuō)并行效率高 事務(wù)的隔離級(jí)別決定了select是當(dāng)期讀還是快照讀 具體的判斷方法可以參考前面read view部分的知識(shí)

RR和RC的區(qū)別

RR級(jí)別測(cè)試

演示一 兩邊開(kāi)啟事務(wù) 右邊先進(jìn)行快照讀 左邊插入數(shù)據(jù)之后commit 右邊再進(jìn)行快照讀和當(dāng)前讀

我們可以發(fā)現(xiàn)的是 當(dāng)右邊使用快照讀的時(shí)候不管左邊有沒(méi)有commit 讀取到的數(shù)據(jù)是一樣的

而使用當(dāng)前讀的時(shí)候 我們可以發(fā)現(xiàn)讀取的數(shù)據(jù)就是最新的數(shù)據(jù)了 光靠這個(gè)一個(gè)試驗(yàn)我們看不出來(lái)什么 接下來(lái)我們看演示二

演示二： 左右兩邊同時(shí)開(kāi)啟一個(gè)事務(wù) 左邊先插入數(shù)據(jù)之后提交 右邊在左邊提交之后進(jìn)行快照讀

我們發(fā)現(xiàn) 這個(gè)時(shí)候右邊的快照讀 讀取了最新的數(shù)據(jù)

對(duì)比這兩次試驗(yàn)加上之前的read view部分學(xué)習(xí)我們不難做出以下的推斷

在RR級(jí)別下 第一次select快照讀的時(shí)候會(huì)生成一個(gè)read view快照 之后的讀取就按照這個(gè)快照進(jìn)行

而實(shí)際上在RC級(jí)別中 每一次的select快照都都會(huì)生成一個(gè)最新的read view快照

所以說(shuō)RR和RC最本質(zhì)的區(qū)別就是 RR只會(huì)生成依次read view快照 而RC快照讀幾次就會(huì)生成幾次快照

四種隔離級(jí)別的不同處理方式

讀–未提交

直接當(dāng)前讀 不加鎖

串行化

當(dāng)前讀 加鎖

讀 提交

在RC級(jí)別中 每次的select讀取都是快照讀 每次都會(huì)生成一個(gè)最新的read view快照

可重復(fù)讀

在RR級(jí)別中 每次select讀取都是快照讀 并且都會(huì)遵循第一次select讀取時(shí)生成的read view快照

總結(jié)

到此這篇關(guān)于mysql隔離性的原理的文章就介紹到這了,更多相關(guān)mysql隔離性?xún)?nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！