一文详解MVCC的执行原理

MVCC（Multi-Version Concurrency Control）是一种并发控制机制，用于解决数据库并发访问中，数据一致性问题。它通过在读写操作期间保存多个数据版本，以提供并发事务间的隔离性，从而避免了传统的锁机制所带来的资源争用和阻塞问题。

所谓的一致性问题，就是在并发事务执行时，应该看到那些数据和不应该看到那些数据。

在 MVCC 机制中，每个事务的读操作都能看到事务开始之前的一致性数据快照，而不受其他并发事务的修改的影响。核心思想是通过创建多个数据版本，保持事务的一致性和隔离性。

使用 MVCC 机制解决了 RR 隔离级别中，部分幻读问题，但又没把全部幻读问题都解决。

• MVCC 解决了 RR 隔离级别中，快照读的幻读问题。多次查询快照读时，因为 RR 级别是复用 Read View（读视图），所以没有幻读问题。
• 但 MVCC 解决不了 RR 隔离级别中，如果遇到快照读和当前读（读取当前最新的数据）中间发生过添加操作，那么 Read View 不能复用，就出现了幻读的问题。

快照读和当前读

快照读：是指在一个事务中，读取的数据版本是在事务开始时已经存在的数据版本，而不是最新的数据版本。这种读取方式提供了事务在执行期间看到的数据视图的一致性，select 查询就是快照读。 当前读：是指在事务中读取最新的数据版本，以下几种操作都是快照读：

• select ... for update;
• select ... lock in share mode;
• insert ...
• update ...
• delete ...

MVCC 实现原理

MVCC 主要是依靠以下两部分实现的：

• Undo Log 链
• Read View（读视图或者叫一致性视图）

Undo Log 链

我们知道 Undo Log 主要是用于数据库中事务回滚的，但在 MVCC 机制中也发挥着重要的作用，那什么是 Undo Log 链呢？

Undo Log 链是指在每个数据对象上维护的 Undo Log 记录链表。每张表都会有与之相对应的 Undo Log 链，用于记录修改前的数据信息（以方便数据进行回滚）。

Read View

Read View（读视图）用于管理事务之间数据可见性的一种机制。Read View 在特定时刻为事务创建的一个快照，该快照包含了在该时刻所有未提交事务的事务标识符，以及其他一些辅助信息。

在 Read View 中包含了以下 4 个主要的字段：

• m_ids：当前活跃的事务编号集合。
• min_trx_id：最小活跃事务编号。
• max_trx_id：预分配事务编号，当前最大事务编号+1。
• creator_trx_id：ReadView 创建者的事务编号。

RC 级别中，每次快照读都会生成一个全新的 Read View，而 RR 级别中同一个事务会复用一个 Read View。

有了 Read View 和 Undo Log 链之后，并发事务在查询时就知道要读取那些数据了。

判断方法

判断方法是根据 Read View 中的 4 个重要字段，先去 Undo Log 中最新的数据行进行比对，如果满足下面 Read View 的判断条件，则返回当前行的数据，如果不满足则继续查找 Undo Log 的下一行数据，直到找到满足的条件的数据为止，如果查询完没有满足条件的数据，则返回 NULL。

判断规则

• trx_id==creator_trx_id：先将 Undo Log 最新数据行中的 trx_id 和 ReadView 中的 creator_trx_id 进行对比，如果他们两个值相同，则说明是在同一个事务中执行，那么直接返回当前 Undo Log 的数据行即可，如果不相等，则继续下面流程。
• trx_id<min_trx_id：如果 trx_id 小于 min_trx_id，则说明在执行查询时，其他事务已经提交此行数据了，那么直接返回此行数据即可，如果大于等于，则继续下面流程。
• trx_id>max_trx_id：如果 trx_id 如果大于等于 max_trx_id，则说明该行数据比当前操作执行的晚，当前行数据不可见，继续执行后续流程。
• min_trx_id<=trx_id<max_trx_id：trx_id 在 min_trx_id 和 max_trx_id 之间还分为以下两种情况：

  trx_id 在 m_ids 中：说明事务尚未执行完，该行数据不可被访问。

  trx_id 未在 m_ids 中：说明事务已经执行完，可以返回该行数据。

以上判断规则从 Undo Log 最新的行数据，逐行对比，直到找到匹配的数据，否则查询完未匹配上，则返回 NULL。

小结

MVCC 的实现主要依赖读视图 Read View 和 Undo Log 链，通过 Read View 中的 4 个字段，判断要读取 Undo Log 中数据，从而解决了数据库并发访问中，数据一致性的问题。

MVCC 主要应用于 InnoDB 引擎中的 RC 事务隔离级别和 RR 隔离级别，其中 RC 隔离级别每次快照读都会生成一个新的 Read View，而 RR 隔离级别只在第一次快照读时生成 Read View，之后会复用 Read View，从而解决了（部分）幻读问题。

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