InnoDB 的
MVCC(Multi-Version Concurrency Control,多版本并发控制)
是 MySQL 实现高并发事务处理的一种机制。通过 MVCC,InnoDB 可以在高并发环境下支持
事务隔离
,并提供
非阻塞的读操作
,从而避免锁定所有读操作带来的性能瓶颈。MVCC 允许事务在不加锁的情况下读取数据,保证了性能和一致性。

一、MVCC 基础概念

MVCC 的核心思想是
通过保存数据的多个版本
来支持并发读写。每个事务在读取数据时看到的是某个数据的特定版本,而不是当前最新的值。这个机制依赖于
Undo Log
,通过保存每一行记录的历史版本来支持多版本读取。(
undolog
)

  • 读写分离
    :MVCC 的主要特性是读取数据不阻塞写操作,写操作也不阻塞读取操作。实现了读写分离,提升了数据库并发处理能力。
  • 时间戳版本管理
    :每个事务都有一个唯一的
    事务 ID(Transaction ID,简称
    trx_id

    ,InnoDB 使用事务 ID 来区分数据的不同版本。

在这里插入图片描述

二、MVCC 读操作的两种类型

  1. 快照读(Snapshot Read)
    :读取的是历史版本的数据,是不加锁的普通读取操作。快照读是 MVCC 实现并发读的基础。
    • 比如
      SELECT * FROM table WHERE id = 1;
      ,执行的是不加锁的快照读操作。
  2. 当前读(Current Read)
    :读取的是最新版本的数据,并加锁保证数据的一致性和事务隔离。当前读通常伴随着写操作。
    • 比如
      SELECT * FROM table WHERE id = 1 FOR UPDATE;
      ,执行的是加锁的当前读操作。

三、MVCC 的工作原理

InnoDB 通过
行版本控制
来管理数据的不同版本。每一行数据在 InnoDB 的行记录中都包含两个隐藏的字段:

  • trx_id
    :表示最后一次对该行进行修改的事务 ID。
  • roll_pointer
    :指向该行之前的版本(即 Undo Log 中的记录),通过该指针可以找到数据的历史版本。

1. 事务的开始与结束

  • 每个事务在开始时会生成一个唯一的事务 ID
    trx_id
  • 在事务读取数据时,InnoDB 会根据 MVCC 机制判断该事务应该看到哪个版本的数据,主要依赖于事务的隔离级别(如
    Read Committed

    Repeatable Read
    )。

2. 数据的修改与版本管理

当一个事务修改数据时,InnoDB 会将当前数据的旧版本保存到
Undo Log
中,并在数据行中更新最新的
trx_id

roll_pointer
。这样即使数据被更新,其他未提交的事务依然可以通过 Undo Log 访问到旧版本的数据。

每行数据都会有多个历史版本,并通过
roll_pointer
链接到这些历史版本。

3. 版本链

版本链是基于
trx_id

roll_pointer
建立的,即每次修改数据时,会在 Undo Log 中存储旧版本,行记录会指向旧版本。版本链的结构如下:

最新记录 <-- trx_id_x --trx_id_y --trx_id_z... --> 历史版本

当事务读取数据时,会根据事务的隔离级别、当前事务的
trx_id
以及数据的
trx_id
来决定应该读取哪个版本。

四、MVCC 与事务隔离级别的关系

InnoDB 的 MVCC 机制在不同的事务隔离级别下有不同的行为表现:

  1. Read Committed
    (读取已提交):事务只会看到其他事务已经提交的版本,每次查询都会读取最新的已提交数据。这种隔离级别下,事务间存在不可重复读问题。
    • 每次查询时,InnoDB 都会返回当前已经提交的最新版本数据。
  2. Repeatable Read
    (可重复读,MySQL 默认隔离级别):事务在整个过程中看到的是同一个版本快照的数据,即便有其他事务提交了新的数据,当前事务依然看到自己开始时的一致性快照。
    • 事务开始时,InnoDB 会为事务创建一个
      一致性视图(consistent view)
      ,之后的所有查询都会返回该视图中的数据,保证了可重复读。

隔离级别与 MVCC 读方式的关系

  • Read Committed
    :每次读取都基于当前已经提交的最新版本,因此快照读是每次返回最新的数据。
  • Repeatable Read
    :快照读总是基于事务启动时的版本快照,因此即便其他事务提交了新的数据,当前事务依然看到的是旧数据,直到它自己提交。

五、MVCC 的实现细节

1. 事务 ID 与版本控制

InnoDB 使用事务 ID(
trx_id
)来区分不同事务对数据的修改。每次修改都会将当前事务的事务 ID 记录在该行数据的
trx_id
字段中。通过事务 ID,InnoDB 可以判断当前事务是否能够看到某一行数据的特定版本。

2. 一致性视图

一致性视图(Consistent Read View)是指当前事务只能看到事务启动时的数据快照,除非事务使用的是当前读。InnoDB 会根据当前事务的事务 ID 和一致性视图来确定读取哪一个版本的数据。

  • 对于快照读
    :根据事务的开始时间戳、其他事务的提交情况,来判断该事务看到的是哪个版本的数据。
  • 对于当前读
    :必须是最新的数据,InnoDB 会为当前事务加锁,防止其他事务修改或读取。

3. Undo Log 与 Rollback Segment

当一个事务修改数据时,InnoDB 会将原始的数据版本存入
Undo Log
中,Undo Log 中记录了数据的历史版本。通过
roll_pointer
,InnoDB 可以在发生并发时,允许其他事务读取数据的旧版本。

六、MVCC 的实际应用场景

1. 电商系统的订单查询

在电商系统中,用户在事务 A 中查询订单时,订单数据可能会被其他事务修改或插入新记录。通过 MVCC,事务 A 查询时看到的订单数据是一致的,即便其他事务插入了新的订单,事务 A 依然能看到一个稳定的订单视图。

2. 金融系统的账户余额查询

在金融系统中,用户账户余额的查询需要确保每次查询得到的结果一致,即使账户余额在后台因某些事务而发生变化,用户也能看到一贯的账户信息,保证用户体验的一致性。MVCC 在这种场景下能保证高并发下的数据一致性。

七、总结

  • MVCC 是 InnoDB 实现高并发事务处理的重要机制
    ,通过维护多版本数据和不加锁的快照读,解决了传统数据库加锁所带来的并发性能问题。
  • MVCC 结合事务的隔离级别,保证数据的
    一致性

    隔离性
    ,使得 MySQL 在高并发场景下依然能保持较高的性能。
  • 通过事务 ID、Undo Log、一致性视图等机制,InnoDB 能够高效地管理事务间的数据访问,从而避免常见的并发读写问题,例如
    幻读

    不可重复读
    等。

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