mysql实现可重复读(解决幻读)的原理(MVCC机制的版本链和读视图)
版本链
对于使用InnoDB存储引擎的表来说,它的聚簇索引记录中都包含两个必要的隐藏列(row_id并不是必要的,我们创建的表中有主键或者非NULL唯一键时都不会包含row_id列):
1)trx_id:每次对某条聚簇索引记录进行改动时,都会把对应的事务id赋值给trx_id隐藏列。
2)roll_pointer:每次对某条聚簇索引记录进行改动时,都会把旧的版本写入到undo日志中,然后这个隐藏列就相当于一个指针,可以通过它来找到该记录修改前的信息。
比方说我们的表t现在只包含一条记录:
mysql> SELECT * FROM t;
+----+--------+
| id | c |
+----+--------
+| 1 | 刘备 |
+----+--------+
1 row in set (0.01 sec)
假设插入该记录的事务id为80,那么此刻该条记录的示意图如下所示:
假设之后两个id分别为100、200的事务对这条记录进行UPDATE操作,操作流程如下:
小贴士: 能不能在两个事务中交叉更新同一条记录呢?哈哈,这是不可以滴,第一个事务更新了某条记录后,就会给这条记录加锁,另一个事务再次更新时就需要等待第一个事务提交了,把锁释放之后才可以继续更新。本篇文章不是讨论锁的,有关锁的更多细节我们之后再说。
每次对记录进行改动,都会记录一条undo日志,每条undo日志也都有一个roll_pointer属性(INSERT操作对应的undo日志没有该属性,因为该记录并没有更早的版本),可以将这些undo日志都连起来,串成一个链表,所以现在的情况就像下图一样:
对该记录每次更新后,都会将旧值放到一条undo日志中,就算是该记录的一个旧版本,随着更新次数的增多,所有的版本都会被roll_pointer属性连接成一个链表,我们把这个链表称之为版本链,版本链的头节点就是当前记录最新的值。另外,每个版本中还包含生成该版本时对应的事务id,这个信息很重要,我们稍后就会用到。
ReadView
对于使用READ UNCOMMITTED隔离级别的事务来说,直接读取记录的最新版本就好了,对于使用SERIALIZABLE隔离级别的事务来说,使用加锁的方式来访问记录。对于使用READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔离级别的事务来说,就需要用到我们上边所说的版本链了,核心问题就是:需要判断一下版本链中的哪个版本是当前事务可见的。所以设计InnoDB的大叔提出了一个ReadView的概念,这个ReadView中主要包含当前系统中还有哪些活跃的读写事务,把它们的事务id放到一个列表中,我们把这个列表命名为为m_ids。这样在访问某条记录时,只需要按照下边的步骤判断记录的某个版本是否可见:
1)如果被访问版本的trx_id属性值小于m_ids列表中最小的事务id,表明生成该版本的事务在生成ReadView前已经提交,所以该版本可以被当前事务访问
2)如果被访问版本的trx_id属性值大于m_ids列表中最大的事务id,表明生成该版本的事务在生成ReadView后才生成,所以该版本不可以被当前事务访问。
3)如果被访问版本的trx_id属性值在m_ids列表中最大的事务id和最小事务id之间,那就需要判断一下trx_id属性值是不是在m_ids列表中,如果在,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;如果不在,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。
4)如果某个版本的数据对当前事务不可见的话,那就顺着版本链找到下一个版本的数据,继续按照上边的步骤判断可见性,依此类推,直到版本链中的最后一个版本,如果最后一个版本也不可见的话,那么就意味着该条记录对该事务不可见,查询结果就不包含该记录。
在MySQL中,READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔离级别的的一个非常大的区别就是它们生成ReadView的时机不同,我们来看一下。
READ COMMITTED --- 每次读取数据前都生成一个ReadView
比方说现在系统里有两个id分别为100、200的事务在执行:
小贴士: 事务执行过程中,只有在第一次真正修改记录时(比如使用INSERT、DELETE、UPDATE语句),才会被分配一个单独的事务id,这个事务id是递增的。
此刻,表t中id为1的记录得到的版本链表如下所示:
假设现在有一个使用READ COMMITTED隔离级别的事务开始执行:
这个SELECT1的执行过程如下:
1)在执行SELECT语句时会先生成一个ReadView,ReadView的m_ids列表的内容就是[100, 200]。
2)然后从版本链中挑选可见的记录,从图中可以看出,最新版本的列c的内容是'张飞',该版本的trx_id值为100,在m_ids列表内,所以不符合可见性要求,根据roll_pointer跳到下一个版本。
3)下一个版本的列c的内容是'关羽',该版本的trx_id值也为100,也在m_ids列表内,所以也不符合要求,继续跳到下一个版本。
4)下一个版本的列c的内容是'刘备',该版本的trx_id值为80,小于m_ids列表中最小的事务id100,所以这个版本是符合要求的,最后返回给用户的版本就是这条列c为'刘备'的记录。
之后,我们把事务id为100的事务提交一下,就像这样:
然后再到事务id为200的事务中更新一下表t中id为1的记录:
此刻,表t中id为1的记录的版本链就长这样:
然后再到刚才使用READ COMMITTED隔离级别的事务中继续查找这个id为1的记录,如下:
这个SELECT2的执行过程如下:
1)在执行SELECT语句时会先生成一个ReadView,ReadView的m_ids列表的内容就是[200](事务id为100的那个事务已经提交了,所以生成快照时就没有它了)。
2)然后从版本链中挑选可见的记录,从图中可以看出,最新版本的列c的内容是'诸葛亮',该版本的trx_id值为200,在m_ids列表内,所以不符合可见性要求,根据roll_pointer跳到下一个版本。
3)下一个版本的列c的内容是'赵云',该版本的trx_id值为200,也在m_ids列表内,所以也不符合要求,继续跳到下一个版本。
4)下一个版本的列c的内容是'张飞',该版本的trx_id值为100,比m_ids列表中最小的事务id200还要小,所以这个版本是符合要求的,最后返回给用户的版本就是这条列c为'张飞'的记录。
以此类推,如果之后事务id为200的记录也提交了,再此在使用READ COMMITTED隔离级别的事务中查询表t中id值为1的记录时,得到的结果就是'诸葛亮'了,具体流程我们就不分析了。总结一下就是:使用READ COMMITTED隔离级别的事务在每次查询开始时都会生成一个独立的ReadView。
REPEATABLE READ ---在第一次读取数据时生成一个ReadView
对于使用REPEATABLE READ隔离级别的事务来说,只会在第一次执行查询语句时生成一个ReadView,之后的查询就不会重复生成了。我们还是用例子看一下是什么效果。
比方说现在系统里有两个id分别为100、200的事务在执行:
此刻,表t中id为1的记录得到的版本链表如下所示:
假设现在有一个使用REPEATABLE READ隔离级别的事务开始执行:
这个SELECT1的执行过程如下:
1)在执行SELECT语句时会先生成一个ReadView,ReadView的m_ids列表的内容就是[100, 200]。
2)然后从版本链中挑选可见的记录,从图中可以看出,最新版本的列c的内容是'张飞',该版本的trx_id值为100,在m_ids列表内,所以不符合可见性要求,根据roll_pointer跳到下一个版本。
3)下一个版本的列c的内容是'关羽',该版本的trx_id值也为100,也在m_ids列表内,所以也不符合要求,继续跳到下一个版本。
4)下一个版本的列c的内容是'刘备',该版本的trx_id值为80,小于m_ids列表中最小的事务id100,所以这个版本是符合要求的,最后返回给用户的版本就是这条列c为'刘备'的记录。
之后,我们把事务id为100的事务提交一下,就像这样:
然后再到事务id为200的事务中更新一下表t中id为1的记录:
此刻,表t中id为1的记录的版本链就长这样:
然后再到刚才使用REPEATABLE READ隔离级别的事务中继续查找这个id为1的记录,如下:
这个SELECT2的执行过程如下:
1)因为之前已经生成过ReadView了,所以此时直接复用之前的ReadView,之前的ReadView中的m_ids列表就是[100, 200]。
2)然后从版本链中挑选可见的记录,从图中可以看出,最新版本的列c的内容是'诸葛亮',该版本的trx_id值为200,在m_ids列表内,所以不符合可见性要求,根据roll_pointer跳到下一个版本。
3)下一个版本的列c的内容是'赵云',该版本的trx_id值为200,也在m_ids列表内,所以也不符合要求,继续跳到下一个版本。
4)下一个版本的列c的内容是'张飞',该版本的trx_id值为100,而m_ids列表中是包含值为100的事务id的,所以该版本也不符合要求,同理下一个列c的内容是'关羽'的版本也不符合要求。继续跳到下一个版本。
5)下一个版本的列c的内容是'刘备',该版本的trx_id值为80,80小于m_ids列表中最小的事务id100,所以这个版本是符合要求的,最后返回给用户的版本就是这条列c为'刘备'的记录。
也就是说两次SELECT查询得到的结果是重复的,记录的列c值都是'刘备',这就是可重复读的含义。如果我们之后再把事务id为200的记录提交了,之后再到刚才使用REPEATABLE READ隔离级别的事务中继续查找这个id为1的记录,得到的结果还是'刘备',具体执行过程大家可以自己分析一下。
MVCC总结
从上边的描述中我们可以看出来,所谓的MVCC(Multi-Version Concurrency Control ,多版本并发控制)指的就是在使用READ COMMITTD、REPEATABLE READ这两种隔离级别的事务在执行普通的SEELCT操作时访问记录的版本链的过程,这样子可以使不同事务的读-写、写-读操作并发执行,从而提升系统性能。READ COMMITTD、REPEATABLE READ这两个隔离级别的一个很大不同就是生成ReadView的时机不同,READ COMMITTD在每一次进行普通SELECT操作前都会生成一个ReadView,而REPEATABLE READ只在第一次进行普通SELECT操作前生成一个ReadView,之后的查询操作都重复这个ReadView就好了。
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