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[数据库]【mysql】关于innodb中MVCC的一些理解


一、MVCC简介

MVCC (Multiversion Concurrency Control),即多版本并发控制技术,它使得大部分支持行锁的事务引擎,不再单纯的使用行锁来进行数据库的并发控制,取而代之的是把数据库的行锁与行的多个版本结合起来,只需要很小的开销,就可以实现非锁定读,从而大大提高数据库系统的并发性能

读锁:也叫共享锁、S锁,若事务T对数据对象A加上S锁,则事务T可以读A但不能修改A,其他事务只能再对A加S锁,而不能加X锁,直到T释放A上的S 锁。这保证了其他事务可以读A,但在T释放A上的S锁之前不能对A做任何修改。

写锁:又称排他锁、X锁。若事务T对数据对象A加上X锁,事务T可以读A也可以修改A,其他事务不能再对A加任何锁,直到T释放A上的锁。这保证了其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A。

表锁:操作对象是数据表。Mysql大多数锁策略都支持(常见mysql innodb),是系统开销最低但并发性最低的一个锁策略。事务t对整个表加读锁,则其他事务可读不可写,若加写锁,则其他事务增删改都不行。

行级锁:操作对象是数据表中的一行。是MVCC技术用的比较多的,但在MYISAM用不了,行级锁用mysql的储存引擎实现而不是mysql服务器。但行级锁对系统开销较大,处理高并发较好。

二、MVCC实现原理

innodb MVCC主要是为Repeatable-Read事务隔离级别做的。在此隔离级别下,A、B客户端所示的数据相互隔离,互相更新不可见

了解innodb的行结构、Read-View的结构对于理解innodb mvcc的实现由重要意义

innodb存储的最基本row中包含一些额外的存储信息 DATA_TRX_ID,DATA_ROLL_PTR,DB_ROW_ID,DELETE BIT

  • 6字节的DATA_TRX_ID 标记了最新更新这条行记录的transaction id,每处理一个事务,其值自动+1

  • 7字节的DATA_ROLL_PTR 指向当前记录项的rollback segment的undo log记录,找之前版本的数据就是通过这个指针

  • 6字节的DB_ROW_ID,当由innodb自动产生聚集索引时,聚集索引包括这个DB_ROW_ID的值,否则聚集索引中不包括这个值.,这个用于索引当中
  • DELETE BIT位用于标识该记录是否被删除,这里的不是真正的删除数据,而是标志出来的删除。真正意义的删除是在commit的时候

具体的执行过程

begin->用排他锁锁定该行->记录redo log->记录undo log->修改当前行的值,写事务编号,回滚指针指向undo log中的修改前的行

上述过程确切地说是描述了UPDATE的事务过程,其实undo log分insert和update undo log,因为insert时,原始的数据并不存在,所以回滚时把insert undo log丢弃即可,而update undo log则必须遵守上述过程

下面分别以select、delete、 insert、 update语句来说明

SELECT

Innodb检查每行数据,确保他们符合两个标准:

1、InnoDB只查找版本早于当前事务版本的数据行(也就是数据行的版本必须小于等于事务的版本),这确保当前事务读取的行都是事务之前已经存在的,或者是由当前事务创建或修改的行

2、行的删除操作的版本一定是未定义的或者大于当前事务的版本号,确定了当前事务开始之前,行没有被删除

符合了以上两点则返回查询结果。

INSERT

InnoDB为每个新增行记录当前系统版本号作为创建ID。

DELETE

InnoDB为每个删除行的记录当前系统版本号作为行的删除ID。

UPDATE

InnoDB复制了一行。这个新行的版本号使用了系统版本号。它也把系统版本号作为了删除行的版本。

说明

insert操作时 “创建时间”=DB_ROW_ID,这时,“删除时间 ”是未定义的;

update时,复制新增行的“创建时间”=DB_ROW_ID,删除时间未定义,旧数据行“创建时间”不变,删除时间=该事务的DB_ROW_ID;

delete操作,相应数据行的“创建时间”不变,删除时间=该事务的DB_ROW_ID;

select操作对两者都不修改,只读相应的数据

三、对于MVCC的总结

上述更新前建立undo log,根据各种策略读取时非阻塞就是MVCC,undo log中的行就是MVCC中的多版本,这个可能与我们所理解的MVCC有较大的出入,一般我们认为MVCC有下面几个特点:
  • 每行数据都存在一个版本,每次数据更新时都更新该版本
  • 修改时Copy出当前版本随意修改,各个事务之间无干扰
  • 保存时比较版本号,如果成功(commit),则覆盖原记录;失败则放弃copy(rollback)
就是每行都有版本号,保存时根据版本号决定是否成功,听起来含有乐观锁的味道,而Innodb的实现方式是:

  • 事务以排他锁的形式修改原始数据
  • 把修改前的数据存放于undo log,通过回滚指针与主数据关联
  • 修改成功(commit)啥都不做,失败则恢复undo log中的数据(rollback)
二者最本质的区别是,当修改数据时是否要排他锁定,如果锁定了还算不算是MVCC? 
 
Innodb的实现真算不上MVCC,因为并没有实现核心的多版本共存,undo log中的内容只是串行化的结果,记录了多个事务的过程,不属于多版本共存。但理想的MVCC是难以实现的,当事务仅修改一行记录使用理想的MVCC模式是没有问题的,可以通过比较版本号进行回滚;但当事务影响到多行数据时,理想的MVCC据无能为力了。

 
比如,如果Transaciton1执行理想的MVCC,修改Row1成功,而修改Row2失败,此时需要回滚Row1,但因为Row1没有被锁定,其数据可能又被Transaction2所修改,如果此时回滚Row1的内容,则会破坏Transaction2的修改结果,导致Transaction2违反ACID。
 
理想MVCC难以实现的根本原因在于企图通过乐观锁代替二段提交。修改两行数据,但为了保证其一致性,与修改两个分布式系统中的数据并无区别,而二提交是目前这种场景保证一致性的唯一手段。二段提交的本质是锁定,乐观锁的本质是消除锁定,二者矛盾,故理想的MVCC难以真正在实际中被应用,Innodb只是借了MVCC这个名字,提供了读的非阻塞而已。
 

参考文章

https://www.percona.com/blog/2014/12/17/innodbs-multi-versioning-handling-can-be-achilles-heel/
http://www.xdata.me/?p=289
http://blogread.cn/it/article/5969
http://blog.csdn.net/chen77716/article/details/6742128
http://blog.chinaunix.net/link.php?url=http://forge.mysql.com%2Fwiki%2FMySQL_Internals