數(shù)據(jù)庫并發(fā)的三種場景

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

在這三種場景中 讀-讀幾乎沒有任何問題 所以我們不需要并發(fā)控制

寫-寫并發(fā)只需要加鎖控制即可

所以說我們今天重點討論下讀-寫并發(fā)

MVCC

基本介紹

多版本并發(fā)控制（ MVCC ）是一種用來解決 讀-寫沖突 的無鎖并發(fā)控制

為事務(wù)分配單向增長的事務(wù)ID，為每個修改保存一個版本，版本與事務(wù)ID關(guān)聯(lián)，讀操作只讀該事務(wù)開始前的數(shù)據(jù)庫的快照。 所以 MVCC 可以為數(shù)據(jù)庫解決以下問題

• 在并發(fā)讀寫數(shù)據(jù)庫時，可以做到在讀操作時不用阻塞寫操作，寫操作也不用阻塞讀操作，提高了數(shù)據(jù)庫并發(fā)讀寫的性能
• 同時還可以解決臟讀，幻讀，不可重復(fù)讀等事務(wù)隔離問題，但不能解決更新丟失問題

在我們理解MVCC之前 我們需要知道三個前提知識

• 3個記錄隱藏字段
• undo 日志
• Read View

我們下面就分別先介紹下這三個隱藏字段

三個前提知識介紹

三個隱藏字段

• 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版本（簡單理解成，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)表沒有主鍵， InnoDB 會自動以DB_ROW_ID 產(chǎn)生一個聚簇索引
• 實際還有一個刪除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)

實際上在Linux隱藏字段的效果就是

對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字段實際上就是9
• 因為這是我們插入的第一個數(shù)據(jù) 所以說隱式主鍵就是1
• 因為這是第一個數(shù)據(jù) 沒有更前面的數(shù)據(jù)了 所以說回滾指針指向的就是空
• 其實還有其他的隱藏字段 比如說flag等 上面沒有標(biāo)識出

undo log日志

mySQL 將來是以服務(wù)進程的方式，在內(nèi)存中運行。我們之前所講的所有機制：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。然后在合適的時候，將相關(guān)數(shù)據(jù)刷新到磁盤當(dāng)中的。

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

read view 快照

關(guān)于快照讀的知識下面模擬MVCC場景的時候會講

Read View就是事務(wù)進行 快照讀 操作的時候生產(chǎn)的 讀視圖 (Read View)，在該事務(wù)執(zhí)行的快照讀的那一刻，會生成數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)當(dāng)前的一個快照，記錄并維護系統(tǒng)當(dāng)前活躍事務(wù)的ID(當(dāng)每個事務(wù)開啟時，都會被分配一個ID, 這個ID是遞增的，所以最新的事務(wù)，ID值越大)

Read View 在 MySQL 源碼中,就是一個類，本質(zhì)是用來進行可見性判斷的。 即當(dāng)我們某個事務(wù)執(zhí)行快照讀的時候，對該記錄創(chuàng)建一個 Read View 讀視圖，把它比作條件,用來判斷當(dāng)前事務(wù)能夠看到哪個版本的數(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)，我們簡化一下

class ReadView {
	// 省略...
private:
	/** 高水位：大于等于這個ID的事務(wù)均不可見*/
	trx_id_t m_low_limit_id;
	/** 低水位：小于這個ID的事務(wù)均可見 */
	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)建視圖時的活躍事務(wù)id列表*/
	ids_t m_ids;
	/** 配合purge，標(biāo)識該視圖不需要小于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，用來維護Read View生成時刻，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生成時刻系統(tǒng)尚未分配的下一個事務(wù)ID，也就是目前已出現(xiàn)過的事務(wù)ID的最大值+1
creator_trx_id //創(chuàng)建該ReadView的事務(wù)ID

我們在實際讀取數(shù)據(jù)版本鏈的時候，是能讀取到每一個版本對應(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 版本鏈中的某一個記錄的DB_TRX_ID 。

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

如果查到不應(yīng)該看到當(dāng)前版本，接下來就是遍歷下一個版本，直到符合條件，即可以看到。上面的readview 是當(dāng)你進行select的時候，會自動形成。

看到這里有的同學(xué)可能會產(chǎn)生這樣一個疑問 如何遍歷下個版本呢？

我們之前說過 undo log其實就是一個緩沖區(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

• 我們第一次開啟事務(wù)的時候會生成一個read view的結(jié)構(gòu)體
• 該結(jié)構(gòu)體中會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讀的時候會形成一個快照
• 如果說當(dāng)前版本的TRX_ID小于最小的id 那么我們就可以見到
• 如果當(dāng)前版本的TRX_ID大于等于最大ID我們就不能見到
• 如果說在最小和最大區(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)實中的例子

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

如果說寫書的人跟我們同一個時代 我們就要判斷這本書有沒有發(fā)表 （是否提交） 如果提交了我們就能看見 如果沒有提交 我們就不能看見

模擬MVCC場景

MVCC場景中有增刪改查 下面我們分別進行討論

增

我們插入的時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回滾指針找到需要覆蓋的數(shù)據(jù)進行覆蓋即可

刪

我們前面說過了 mysql中還有一個隱藏的falg字段 因此 如果需要刪除的話 只需要將flag標(biāo)志位設(shè)置即可

改

這是最麻煩的一個環(huán)節(jié) 我們使用一個例子來說明MVCC中的改

現(xiàn)在一個表中有如下的記錄

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

• 因為要修改 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這個地址
• 事務(wù)10commit提交 釋放鎖

過程圖如下

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里面的一個個歷史版本就稱為快照

現(xiàn)在我們明白了

• 所謂的回滾其實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。快照讀不會被加鎖。

多個事務(wù)同時增刪改的時候是當(dāng)前讀 需要加鎖 在串行化的隔離級別下 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 所以說并行效率高 事務(wù)的隔離級別決定了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

RR和RC的區(qū)別

RR級別測試

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

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

而使用當(dāng)前讀的時候 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 光靠這個一個試驗我們看不出來什么 接下來我們看演示二

演示二： 左右兩邊同時開啟一個事務(wù) 左邊先插入數(shù)據(jù)之后提交 右邊在左邊提交之后進行快照讀

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

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

在RR級別下 第一次select快照讀的時候會生成一個read view快照 之后的讀取就按照這個快照進行

而實際上在RC級別中 每一次的select快照都都會生成一個最新的read view快照

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

四種隔離級別的不同處理方式

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級別中 每次的select讀取都是快照讀 每次都會生成一個最新的read view快照

可重復(fù)讀

在RR級別中 每次select讀取都是快照讀 并且都會遵循第一次select讀取時生成的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隔離性內(nèi)容請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！