MVCC的实现原理

前言

为什么在MySQL中，一个事务在读取数据的时候，另一个事务同时修改同一条数据，读事务却不会被阻塞？这背后的功臣就是MVCC。

什么是MVCC？

MVCC（多版本并发控制），是一种并发控制方法，主要用于数据库管理系统中，同时为事务提供对数据库的并发访问。MVCC让数据库可以为同一行数据维护多个版本，不同的事务可以看到不同版本的数据，从而实现不加锁的情况下解决读写冲突。

为什么需要MVCC？

传统锁机制的问题

在没有MVCC之前，数据库主要依靠锁来解决并发问题：

这种方式存在明显问题：

• 性能低下：读写操作互相阻塞
• 并发度差：大量读操作会严重影响写操作
• 死锁风险：复杂的锁竞争容易产生死锁

MVCC的优势

MVCC带来的好处：

• 读写并发：读操作不会阻塞写操作，写操作也不会阻塞读操作
• 高并发：支持更多的并发事务
• 无死锁：读操作永远不会死锁
• 一致性读：保证事务读取数据的一致性

MVCC的实现原理

核心组件

MVCC主要依靠以下几个组件实现：

1. 隐藏字段

InnoDB为每行记录添加了几个隐藏字段：

• DB_TRX_ID：最后修改该行的事务ID
• DB_ROLL_PTR：指向undo log中该行的上一个版本
• DB_ROW_ID：单调递增的行ID（当表没有主键时使用）

2. Undo Log（回滚日志）

Undo Log记录了数据的历史版本，形成一个版本链。

3. Read View（读视图）

Read View是事务开始时的数据库快照，包含：

• m_ids：当前活跃事务ID列表
• min_trx_id：活跃事务中最小的事务ID
• max_trx_id：下一个要分配的事务ID
• creator_trx_id：创建该Read View的事务ID

版本可见性判断

当事务读取数据时，需要判断某个版本是否对当前事务可见：

// 伪代码：版本可见性判断
public boolean isVisible(long trx_id, ReadView readView) {
    if (trx_id == readView.creator_trx_id) {
        // 是当前事务修改的，可见
        return true;
    }
    
    if (trx_id < readView.min_trx_id) {
        // 在所有活跃事务之前提交的，可见
        return true;
    }
    
    if (trx_id >= readView.max_trx_id) {
        // 在Read View创建之后开启的事务，不可见
        return false;
    }
    
    if (readView.m_ids.contains(trx_id)) {
        // 在活跃事务列表中，不可见
        return false;
    }
    
    // 已提交的事务，可见
    return true;
}

MVCC在不同隔离级别下的表现

READ COMMITTED（读已提交）

在RC隔离级别下，每次SELECT都会创建新的Read View：

特点：

• 每次读取都创建新的Read View
• 能读到其他事务已提交的修改
• 解决了脏读，但存在不可重复读问题

REPEATABLE READ（可重复读）

在RR隔离级别下，同一事务中的所有SELECT使用同一个Read View：

特点：

• 事务开始时创建Read View，整个事务期间复用
• 保证了可重复读
• MySQL默认隔离级别

MVCC的局限性

1. 幻读问题

MVCC无法完全解决幻读问题：

-- 事务A
BEGIN;
SELECT * FROM users WHERE age > 18;  -- 返回5条记录

-- 事务B
INSERT INTO users (name, age) VALUES ('Charlie', 25);
COMMIT;

-- 事务A
SELECT * FROM users WHERE age > 18;  -- 仍然返回5条记录（MVCC保证）

-- 但是...
UPDATE users SET name = CONCAT(name, '_updated') WHERE age > 18;
-- 会更新6条记录！包括事务B插入的记录

2. 写写冲突需要锁

MVCC只解决了读写冲突，写写冲突仍需要锁：

-- 两个事务同时更新同一行
-- 事务A
BEGIN;
UPDATE users SET name = 'Alice' WHERE id = 1;  -- 获得行锁

-- 事务B
BEGIN;
UPDATE users SET name = 'Bob' WHERE id = 1;    -- 被阻塞，等待行锁