参考文章：

数据库村的旺财和小强

再谈 InnoDB MVCC 机制

InnoDB MVCC

1.什么是MVCC

MVCC（Multiversion Concurrency Control），中文全称叫中文全称叫多版本并发控制，是现代数据库（包括 MySQL、Oracle、PostgreSQL 等）引擎实现中常用的处理读写冲突的手段，目的在于提高数据库高并发场景下的吞吐性能。

如此一来不同的事务在并发过程中，SELECT 操作可以不加锁而是通过 MVCC 机制读取指定的版本历史记录，并通过一些手段保证保证读取的记录值符合事务所处的隔离级别，从而解决并发场景下的读写冲突。

下面举一个多版本读的例子，例如两个事务 A 和 B 按照如下顺序进行更新和读取操作

在事务 A 提交前后，事务 B 读取到的 x 的值是什么呢？答案是：事务 B 在不同的隔离级别下，读取到的值不一样。

1. 如果事务 B 的隔离级别是读未提交（RU），那么两次读取均读取到 x 的最新值，即 20。
2. 如果事务 B 的隔离级别是读已提交（RC），那么第一次读取到旧值 10，第二次因为事务 A 已经提交，则读取到新值 20。
3. 如果事务 B 的隔离级别是可重复读或者串行（RR，S），则两次均读到旧值 10，不论事务 A 是否已经提交。

可见在不同的隔离级别下，数据库通过 MVCC 和隔离级别，让事务之间并行操作遵循了某种规则，来保证单个事务内前后数据的一致性。

2.为什么需要MVCC

InnoDB 相比 MyISAM 有两大特点，一是支持事务而是支持行级锁，事务的引入带来了一些新的挑战。相对于串行处理来说，并发事务处理能大大增加数据库资源的利用率，提高数据库系统的事务吞吐量，从而可以支持可以支持更多的用户。但并发事务处理也会带来一些问题，主要包括以下几种情况：

实现隔离机制的方法主要有两种：

1. 加读写锁
2. 一致性快照读，即 MVCC

3.InnoDB MVCC实现原理

InnoDB中MVCC的实现方式为：每一行记录都有两个隐藏列：DATA_TRX_ID,DATA_ROLL_PTR(如果没有主键，则还会多一个隐藏的主键列)。

DATA_TRX_ID

记录最近更新这条行记录的事务ID，大小为6个字节

DATA_ROLL_PTR

表示指向该回滚段(rollback segment)的 指针，大小为7个字节，InnoDB便是通过这个指针找到之前版本的数据，改行记录上所有旧版本，在undo中投通过链表形式组织。

DB_ROW_ID

行标识（隐藏单调自增id）,大小为6字节，如果没有主键,InnoDB会自动生成一个隐藏主键，因此会出现这个列

。另外，每条记录的头信息(record header)里都有一个专门的bit（deleted_flag）来表示当前记录是否已经删除。

3.1 如何组织版本链

关于Redo log 和 Undo log的相关概念自行查找资料

上文提到，在多个事务并行操作某行数据的情况下，不同事务对该行数据的 UPDATE 会产生多个版本，然后通过回滚指针组织成一条 Undo Log 链，这节我们通过一个简单的例子来看一下 Undo Log 链是如何组织的，DATA_TRX_ID 和 DATA_ROLL_PTR 两个参数在其中又起到什么样的作用。

还是以上文 MVCC 的例子，事务 A 对值 x 进行更新之后，该行即产生一个新版本和旧版本。假设之前插入该行的事务 ID 为 100，事务 A 的 ID 为 200，该行的隐藏主键为 1。

事务A 的操作过程为:

1. 对 DB_ROW_ID = 1 的这行记录加排他锁。
2. 把该行原本的值拷贝到 undo log 中，DB_TRX_ID 和 DB_ROLL_PTR 都不动。
3. 修改该行的值这时产生一个新版本，更新 DATA_TRX_ID 为修改记录的事务 ID，将 DATA_ROLL_PTR 指向刚刚拷贝到 undo log 链中的旧版本记录，这样就能通过 DB_ROLL_PTR 找到这条记录的历史版本。如果对同一行记录执行连续的 UPDATE，Undo Log 会组成一个链表，遍历这个链表可以看到这条记录的变迁。
4. 记录redo log,包括undo log中的修改。

那么 INSERT 和 DELETE 会怎么做呢？其实相比 UPDATE 这二者很简单，INSERT 会产生一条新纪录，它的 DATA_TRX_ID 为当前插入记录的事务 ID；DELETE 某条记录时可看成是一种特殊的 UPDATE，其实是软删，真正执行删除操作会在 commit 时，DATA_TRX_ID 则记录下删除该记录的事务 ID。

3.2 如何实现一致性读 ReadView

在 RU 隔离级别下，直接读取版本的最新记录就 OK，对于 SERIALIZABLE 隔离级别，则是通过加锁互斥来访问数据，因此不需要 MVCC 的帮助。因此 MVCC 运行在 RC 和 RR这两个隔离级别下，当 InnoDB 隔离级别设置为二者其一时，在 SELECT 数据时就会用到版本链

核心问题是版本链中哪些版本对当前事务可见？

InnoDB 为了解决这个问题，设计了 ReadView（可读视图）的概念。

3.3 RR下ReadView的生成

在RR隔离级别下，每个事务touch first read时（本质上就是执行第一个 SELECT语句时，后续所有的 SELECT 都是复用这个 ReadView，其它 update, delete, insert 语句和一致性读 snapshot 的建立没有关系），会将当前系统中的所有的活跃事务拷贝到一个列表生成ReadView。

4.举个例子

数据表user

加入隐藏列

假如有两个事务开启

在1处时，数据是这样的：

于此同时，需要建立一个Read View的数据结构，它有三个部分：

1. 当前活跃的事务列表[101,102]
2. Tmin,就是活跃事务的最小值， 在这里 Tmin = 101
3. Tmax, 是系统中最大事务ID（不管事务是否提交）加上1。 在这里例子中，Tmax = 103

在2的部分事务102做了修改，此时数据是这样的：

关键部分，下面的算法用来判断这些数据版本哪些是是对当前事务可见的

Read View结构

1. 当前活跃的事务列表[101,102]
2. Tmin,就是活跃事务的最小值， 在这里 Tmin = 101
3. Tmax, 是系统中最大事务ID（不管事务是否提交）加上1。 在这里例子中，Tmax = 103

对于上述例子，第一次读取时：

1. 取出要读取的数据，取出事务ID赋值给变量tid,tid=100。
2. Tmin=101,tid<Tmin
3. 可见

第二次读取时：

1. tid=102
2. Tmin=101,当前事务事务id=101,进入下个判断流程
3. tid=102,Tmax=103,走入tid在ReadView中？
4. tid=102在ReadView中，沿着回滚指针找到上一行，将事务id赋值给tid,tid=100
5. 读取的数据和第一次相同

保证了可重复读

5.一个争议点

并非所有的情况都能套用MVCC读的判断流程，例如RR级别下

1.假设transaction A trx_id =200 ，transaction B trx_id =300,且事务B先于事务A提交，按照MVCC的判断流程，事务A生成的ReadView为[200],最新版本行记录DATA_TRX_ID=300,300比200大，照理不能访问，但是事务A实际上读到了事务B已经提交的修改。

6写在最后

RC、RR 两种隔离级别的事务在执行普通的读操作时，通过访问版本链的方法，使得事务间的读写操作得以并发执行，从而提升系统性能。RC、RR 这两个隔离级别的一个很大不同就是生成 ReadView 的时间点不同，RC 在每一次 SELECT 语句前都会生成一个 ReadView，事务期间会更新，因此在其他事务提交前后所得到的 m_ids 列表可能发生变化，使得先前不可见的版本后续又突然可见了。而 RR 只在事务的第一个 SELECT 语句时生成一个 ReadView，事务操作期间不更新。