MVCC（多版本并发控制）底层原理

MVCC（多版本并发控制）底层原理总结：

MVCC 是通过维护数据的多个版本来控制并发访问的技术，它使得数据库能够支持高并发事务，同时保证事务之间的隔离性和一致性。在 MySQL 的 InnoDB 存储引擎中，MVCC 是通过 隐藏列、ReadView 快照 和 undo log 来实现的。

1. 关键概念：

• 隐藏列（Hidden Columns）：为了支持 MVCC 机制，InnoDB 在每一行数据中隐藏了两个额外的列，分别是 DB_TRX_ID 和 DB_ROLL_PTR。这两个列并不直接暴露给用户，但它们对 MVCC 的工作至关重要。DB_TRX_ID 存储了最近修改该行数据的事务 ID，而 DB_ROLL_PTR 存储了指向该行数据历史版本的指针。
• ReadView 快照：为了支持事务隔离级别（如“读已提交”或“可重复读”），InnoDB 会在每个查询操作时创建一个 ReadView 快照。该快照存储了当前查询事务的 ID、所有未提交事务的事务 ID（按升序排列）以及未开始的事务 ID。通过这些信息，数据库可以判断查询事务能看到哪些数据版本。
• Undo Log（回滚日志）：记录事务对数据的修改操作。当事务修改数据时，InnoDB 会为该数据生成一个新的版本，旧版本数据会保存在 undo log 中。

2. ReadView 快照内容：

• 当前查询事务 ID：表示当前正在执行查询的事务 ID。
• 未提交事务的事务 ID（按升序排列）：记录了当前未提交事务的事务 ID，从最小到最大排序。
• 未开始的事务 ID：记录那些尚未开始的事务 ID。

3. Undo Log 数据读取逻辑：

当执行查询操作时，InnoDB 会根据当前事务的 ReadView 快照信息来判断能读取到哪些数据版本。这一过程通过以下几个步骤实现：

• 当前查询事务 ID = Undo Log 里的事务 ID：如果数据的事务 ID 与当前查询事务的 ID 匹配，说明该数据是当前事务修改的，当前事务可读取该数据。
• Undo Log 事务 ID < 未提交事务的最小事务 ID：如果 Undo Log 中的事务 ID 小于未提交事务的最小事务 ID，说明该数据是在当前查询事务开始之前就已经提交的，因此该数据可被读取。
• Undo Log 事务 ID > 未开始事务的最大事务 ID：如果 Undo Log 中的事务 ID 大于未开始事务的最大事务 ID，说明该数据是在查询事务开始之后的并发事务中进行修改的，当前事务不能读取此数据。此时，需要根据 Undo Log 的指针查找下一条数据。
• Undo Log 事务 ID 在未提交事务的最小事务 ID 和最大事务 ID 之间：如果 Undo Log 中的事务 ID 位于未提交事务的最小和最大事务 ID 之间，说明该数据是在并发的未提交事务中修改的，当前查询事务不能读取此数据。此时，查询会再次进行上述判断，直到找到符合可读条件的数据。

4. 读已提交隔离级别的处理：

• 在 读已提交 隔离级别下，每次查询的时候都会创建 ReadView 快照，根据这个快照去 Undo Log 里边找到数据，查找到符合条件的最新版本数据。
• 在执行查询时，如果数据修改是未提交事务所做的，查询将跳过该数据，直到找到符合条件的数据。

5. 可重复读隔离级别的处理：

• 在 可重复读 隔离级别下，创建 ReadView 快照只会在第一次读取时进行，后续的查询会使用相同的 ReadView 快照。因为可重复读第一次读的数据和之后读的数据一致，所以只需在第一次读的时候创建快照。
• 由于同一个快照被多次复用，事务中的读取操作可以获得一致的数据版本，避免了“不可重复读”的问题。

6. 隐藏列的作用：

• DB_TRX_ID：每一行数据中都会有一个 DB_TRX_ID 列，它记录了最后修改该行数据的事务 ID。当查询需要检查某行数据时，InnoDB 会根据 DB_TRX_ID 来判断该行数据是否是当前事务能够读取的。如果该行的事务 ID 比当前查询事务的事务 ID 早（即该数据在查询开始时已提交），则该数据对查询事务可见。
• DB_ROLL_PTR：该列指向了该行数据历史版本的 Undo Log 指针。如果查询的数据版本不可见，InnoDB 会根据 DB_ROLL_PTR 查找该数据的历史版本，继续查找直到找到一个符合条件的可见数据版本。

7. 总结：

• MVCC通过 隐藏列、ReadView 快照 和 Undo Log 来实现数据的并发控制，保证高并发环境下的数据一致性和事务隔离性。
• 读已提交和可重复读的隔离级别分别通过每次查询创建 ReadView 快照（读已提交）或仅在首次读取时创建快照（可重复读）来控制数据的可见性。
• 通过比较 Undo Log 中的事务 ID 与当前 ReadView 快照中的信息，InnoDB 判断一个数据版本是否可见，从而保证数据的隔离性。