如何理解MySql的MVCC機制

MVCC是什么

MySQL的MVCC機制，全稱為多版本并發控制（Multi-VersionConcurrency Control），是一種提高數據庫并發性能的技術。MVCC的主要目的是在保證數據一致性的同時，提高數據庫的并發性能。

它通過為每個讀操作創建數據的快照來實現這一點，這樣即使在數據被其他事務修改的同時，讀操作也能夠看到一致的數據視圖。這種機制避免了同一個數據在不同事務之間的競爭，從而提高了系統的并發性能。

MVCC在MySQL中的實現主要是為了解決讀寫沖突問題，使得即使在有讀寫沖突的情況下，也能做到不加鎖，非阻塞并發讀。MVCC通過維護數據的不同版本來實現這一點，每個事務都可以看到適合自己版本的數據，而不會被其他事務的修改所影響。

MVCC適用范圍

在MySQL中，MVCC只在讀取已提交（Read Committed）和可重復讀（Repeatable Read）兩個事務級別下有效。底層通過Undolog日志中的版本鏈和ReadView一致性視圖來實現的。MVCC就是在多個事務同時存在時，SELECT語句找尋到具體是版本鏈上的哪個版本，然后在找到的版本上返回其中所記錄的數據的過程。

當前讀：總是讀取當前最新的數據。

像select?lock?in?share?mode(共享鎖),?select?for?update?;?update,?insert?,delete(排他鎖)這些操作都是一種當前讀

快照讀：像不加鎖的select操作就是快照讀，即不加鎖的非阻塞讀；快照讀的前提是隔離級別不是串行級別，串行級別下的快照讀會退化成當前讀；之所以出現快照讀的情況，是基于提高并發性能的考慮，快照讀的實現是基于多版本并發控制，即MVCC,可以認為MVCC是行鎖的一個變種，但它在很多情況下，避免了加鎖操作，降低了開銷；既然是基于多版本，即快照讀可能讀到的并不一定是數據的最新版本，而有可能是之前的歷史版本

update delete一定是當前讀

表隱藏字段?

DB_ROW_ID：隱藏主鍵，MySQL的B+樹索引特性要求每個表必須要有一個主鍵。如果沒有設置的話，會自動尋找第一個不包含NULL的唯一索引列作為主鍵。如果還是找不到，就會在這個DB_ROW_ID上自動生成一個唯一值，以此來當作主鍵（該列和MVCC的關系不大）；
DB_TRX_ID：最后一次事務ID，記錄的是當前事務在做INSERT或UPDATE語句操作時的事務ID（DELETE語句被當做是UPDATE語句的特殊情況，后面會進行說明）；
DB_ROLL_PTR：回滾指針，通過它可以將不同的版本串聯起來，形成版本鏈。相當于鏈表的next指針。這個指針實際就是指向undolog的快照對應版本的數據。

MVCC的工作流程?

1. 事務開始時，獲取一個唯一的事務ID。

2. 當進行讀取操作時，數據庫會創建一個Read View，其中包含了當前系統中活躍事務的信息。

3. 讀取數據時，數據庫會根據Read View中的信息來確定哪個版本的數據是可見的。

4. 如果當前版本的數據不可見，數據庫會通過undo日志找到合適的歷史版本。

MVCC與鎖機制的比較

MVCC和鎖機制都是并發控制的手段，但它們在不同的場景下有不同的應用。鎖機制通過在數據上加鎖來保證事務的隔離性，是一種悲觀鎖的實現。而MVCC通過維護數據的多個版本來實現非鎖定讀取，是一種樂觀鎖的實現。

無鎖架構：COW思想

Copy-On-Write（COW，寫時復制）是一種常見的并發編程思想。

Copy-On-Write基本思想是，當多個線程需要對共享數據進行修改時，不直接在原始數據上進行操作，而是先將原始數據復制一份（即寫時復制），然后在副本上進行Write。

Copy-On-Write 通過操作寫操作副本，引入局部無鎖架構，解決并且處理之間的數據沖突，提高了并發性能。

Copy-On-Write的實現步驟如下：

讀取數據：多個線程同時讀取共享數據時，它們可以直接訪問原始數據，而不需要復制。因為讀取操作不會修改數據，所以可以安全地共享原始數據。
寫入數據：當某個線程需要修改共享數據時，首先會將原始數據進行復制（即寫時復制），然后在副本上進行修改。這樣做的好處是，其他線程仍然可以繼續讀取原始數據，不受寫入線程的影響。
更新引用：寫入線程完成修改后，會更新共享數據的引用，使得其他線程后續訪問時可以獲取到最新的數據副本。

Copy-On-Write的優點包括：

線程安全：通過復制數據副本并在副本上進行修改，避免了多線程并發修改原始數據時的數據沖突問題，從而提高了線程安全性。
減少鎖競爭：由于讀取操作不需要加鎖，所以可以減少鎖競爭，提高了并發性能。
節省內存：只有在有寫入操作時才會進行數據復制，而讀取操作可以共享原始數據，因此可以節省內存空間。

然而，Copy-On-Write也有一些缺點，主要是由于數據復制和更新引用所帶來的額外開銷，可能會導致內存和性能方面的消耗增加。因此，適用場景需要根據具體情況進行評估和選擇。

COW思想寫操作之間是要互斥的，并且每次寫操作都會有一次copy，所以只適合讀大于寫的情況。所以，COW思想專門用于優化讀的次數遠大于寫次數的場景。比如，Java的并發容器CopyOnWriteArrayList。

Java中的CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 是jdk1.5以后并發包中提供的一種并發容器，寫操作通過創建底層數組的新副本來實現，是一種讀寫分離的并發策略，我們也成為“寫時復制容器”。

public boolean add(E e) {//加鎖，對寫操作保證線程安全final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {Object[] elements = getArray();int len = elements.length;//拷貝原容器，長度為原容器+1Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//在新副本執行添加操作newElements[len] = e;//底層數組指向新的數組setArray(newElements);return true;} finally {lock.unlock();}
}

CopyOnWriteArrayList底層實現添加的原理是先copy出一個容器(可以簡稱副本)，再往新的容器里添加這個新的數據，最后把新的容器的引用地址賦值給了之前那個舊的的容器地址，但是在添加這個數據的期間，其他線程如果要去讀取數據，仍然是讀取到舊的容器里的數據。

MVCC核心ReadView

先來思考如下的問題：

如果T1事務要查詢id=1的一條行數據，此時這條行數據正在被T2事務修改，那也就代表著這條數據可能存在多個舊版本數據，T1事務在查詢時，應該讀這條數據的哪個版本呢？

此時就需要用到ReadView，用它來做多版本的并發控制，根據查詢的時機，來選擇一個當前事務可見的舊版本數據讀取。

什么是ReadView呢？?

當一個事務在嘗試讀取一條數據時，MVCC基于當前MySQL的運行狀態生成的快照，也被稱之為讀視圖，即ReadView，在這個快照中記錄著當前所有活躍事務的ID（活躍事務是指還在執行的事務，即未結束（提交/回滾）的事務）。

ReadView是事務在進行快照讀的時候生成的記錄快照, 可以幫助我們解決可見性問題的。

ReadView的核心屬性

當一個事務啟動后，首次執行select操作時，MVCC就會生成一個數據庫當前的ReadView，

通常而言，一個事務與一個ReadView屬于一對一的關系（不同隔離級別下也會存在細微差異），ReadView一般包含4個核心屬性：

我們假設目前數據庫中共有T1~T6這6個事務，T1、T2、T4、T6還在執行，T3已經回滾，T5已經提交，

此時當有一條查詢語句執行時，就會利用MVCC機制生成一個ReadView，由于在MySQL中單純由一條select語句組成的事務并不會分配事務ID，因此默認為0，所以目前這個ReadView的信息如下：

ReadView的讀取規則
?

訪問某條記錄的時候如何判斷該記錄是否可見,具體規則如下：

如果被訪問版本的?事務ID = creator_trx_id，那么表示當前事務訪問的是自己修改過的記錄，那么該版本對當前事務可見；
如果被訪問版本的?事務ID < up_limit_id，那么表示生成該版本的事務在當前事務生成 ReadView 前已經提交，所以該版本可以被當前事務訪問。
如果被訪問版本的?事務ID > low_limit_id?值，那么表示生成該版本的事務在當前事務生成 ReadView 后才開啟，所以該版本不可以被當前事務訪問。
如果被訪問版本的?事務ID在 up_limit_id和m_low_limit_id之間，那就需要判斷一下版本的事務ID是不是在 trx_ids 列表中，如果在，說明創建 ReadView 時生成該版本的事務還是活躍的，該版本不可以被訪問；
如果不在，說明創建 ReadView 時生成該版本的事務已經被提交，該版本可以被訪問。