MVCC 原理探究及 MySQL 源码实现分析

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2017-04-20
原文链接:blog.csdn.net

MVCC原理探究及MySQL源码实现分析

数据库多版本读场景

session 1 session 2
select a from test; return a = 10  
start transaction;  
update test set a = 20;  
  start transaction;
  select a from test; return ?
commit;  
  select a from test; return ?

我们看下上面这个数据库日常操作的例子。

  • session 1修改了一条记录,没有提交;与此同时,session 2 来查询这条记录,这时候返回记录应该是多少呢?
  • session 1 提交之后 session 2 查询出来的又应该是多少呢?

由于MySQL支持多种隔离级别,这个问题是需要看session2的事务隔离级别的,情况如下:

  • 隔离级别为 READ-UNCOMMITTED 情况下: 
    session 1 commit前后 session 2 去查看都会看到的是修改后的结果 a = 20
  • 隔离级别为 READ-COMMITTED 情况下: 
    session 1 commit 前查看到的还是 a =10 , commit之后看到的是 a = 20
  • 隔离级别为 REPEATABLE-READ, SERIALIZABLE 情况下: 
    session 1 commit前后 session 2 去查看都会看到的是修改后的结果 a = 10

其实不管隔离级别,我们也抛开数据库中的ACID,我们思考一个问题:众所周知,InnoDB的数据都是存储在B-tree里面的,修改后的数据到底要不要存储在实际的B-tree叶子节点,session2是怎么做到查询出来的结果还是10,而不是20列?

MVCC实现原理

上述现象在数据库中大家经常看到,但是数据库到底是怎么实现的,深究的人就不多了。 
其实原理很简单,数据库就是通过UNDO和MVCC来实现的。

通过DB_ROLL_PT 回溯查找数据历史版本

  • 首先InnoDB每一行数据还有一个DB_ROLL_PT的回滚指针,用于指向该行修改前的上一个历史版本 

    当插入的是一条新数据时,记录上对应的回滚段指针为NULL


更新记录时,原记录将被放入到undo表空间中,并通过DB_ROLL_PT指向该记录。session2查询返回的未修改数据就是从这个undo中返回的。MySQL就是根据记录上的回滚段指针及事务ID判断记录是否可见,如果不可见继续按照DB_ROLL_PT继续回溯查找。

通过read view判断行记录是否可见

具体的判断流程如下:

  • RR隔离级别下,在每个事务开始的时候,会将当前系统中的所有的活跃事务拷贝到一个列表中(read view)
  • RC隔离级别下,在每个语句开始的时候,会将当前系统中的所有的活跃事务拷贝到一个列表中(read view) 
    并按照以下逻辑判断事务的可见性。 

MVCC解决了什么问题

  • MVCC使得数据库读不会对数据加锁,select不会加锁,提高了数据库的并发处理能力
  • 借助MVCC,数据库可以实现RC,RR等隔离级别,用户可以查看当前数据的前一个或者前几个历史版本。保证了ACID中的I-隔离性。

MySQL代码分析

前面我们介绍了什么是MVCC,以及它解决了什么问题。 
下面我们来看一下在MySQL源码中,到底是怎么实现这个逻辑的。

InnoDB隐藏字段源码分析

InnoDB表中会存有三个隐藏字段,这三个字段是mysql默认帮我们添加的。我们可以通过代码中查看到:

dict_table_add_system_columns(
  • DB_ROW_ID:如果表中没有显示定义主键或者没有唯一索引则MySQL会自动创建一个6字节的row id存在记录中
  • DB_TRX_ID:事务ID
  • DB_ROLL_PTR:回滚段指针

InnoDB判断事务可见性源码分析

mysql中并不是根据事务的事务ID进行比较判断记录是否可见,而是根据每一行记录上的事务ID进行比较来判断记录是否可见。

我们可以通过实验验证 , 创建一张表里面插入一条记录

dhy@10.16.70.190:3306  12:25:47 [dhy]>select * from dhytest;

手工开启一个事务 更新一条记录 但是并不提交:

dhy@10.10.80.199:3306  15:28:24 [dhy]>update dhytest set id = 20;

在另外一个会话执行查询

dhy@10.16.70.190:3306  12:38:33 [dhy]>select * from dhytest;

这时我们可以跟踪调试mysql 查看他是怎么判断记录的看见性,中间函数调用太多列举最重要部分

这里需要介绍一个重要的类 ReadView,Read View是事务开启时当前所有事务的一个集合,这个类中存储了当前Read View中最大事务ID及最小事务ID

/** The read should not see any transaction with trx id >= this

当我们执行上面的查询语句时,跟踪到主要函数如下:

函数row_search_mvcc->lock_clust_rec_cons_read_sees

下面是真正判断记录的看见性。

bool changes_visible(

对于不可见的记录都是通过row_vers_build_for_consistent_read函数查询UNDO构建老版本记录,直到记录可见。

这里需要说明一点 不同的事务隔离级别,可见性的实现也不一样:

  • READ-COMMITTED 
    事务内的每个查询语句都会重新创建Read View,这样就会产生不可重复读现象发生
  • REPEATABLE-READ 
    事务内开始时创建Read View , 在事务结束这段时间内 每一次查询都不会重新重建Read View , 从而实现了可重复读。

参考资料: 
《唐成-2016PG大会-数据库多版本实现内幕.pdf》

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