关于java:卷起来看了这篇文章我才知道MySQL事务MVCC到底是啥

事务根底

1. 事务

事务 是一组操作的汇合，它是一个不可分割的工作单位，事务会把所有的操作作为一个整体一起向零碎提交或撤销操作申请，即这些操作要么同时胜利，要么同时失败。

2. 个性

• 原子性（Atomicity）：事务是不可分割的最小操作单元，要么全副胜利，要么全副失败。
• 一致性（Consistency）：事务实现时，必须使所有的数据都保持一致状态。
• 隔离性（Isolation）：数据库系统提供的隔离机制，保障事务在不受内部并发操作影响的独立环境下运行。
• 持久性（Durability）：事务一旦提交或回滚，它对数据库中的数据的扭转就是永恒的。

那实际上，咱们钻研事务的原理，就是钻研 MySQL 的 InnoDB 引擎是如何保障事务的这四大个性的。

而对于这四大个性，实际上分为两个局部。其中的原子性、一致性、长久化，实际上是由 InnoDB 中的两份日志来保障的，一份是 redo log 日志，一份是 undo log 日志。而持久性是通过数据库的锁，加上 MVCC 来保障的。

接下来次要就是来钻研一下 redolog，undolog 以及 MVCC。

redo log

重做日志，记录的是事务提交时数据页的物理批改，是用来实现事务的持久性。

该日志文件由两局部组成：重做日志缓冲（redo log buffer）以及重做日志文件（redo log file）, 前者是在内存中，后者在磁盘中。当事务提交之后会把所有批改信息都存到该日志文件中, 用于在刷新脏页到磁盘, 产生谬误时, 进行数据恢复应用。

如果没有 redolog，可能会存在什么问题的？咱们一起来剖析一下。

咱们晓得，在 InnoDB 引擎中的内存构造中，次要的内存区域就是缓冲池，在缓冲池中缓存了很多的数据页。当咱们在一个事务中，执行多个增删改的操作时，InnoDB 引擎会先操作缓冲池中的数据，如果缓冲区没有对应的数据，会通过后盾线程将磁盘中的数据加载进去，寄存在缓冲区中，而后将缓冲池中的数据批改，批改后的数据页咱们称为脏页。而脏页则会在肯定的机会，通过后盾线程刷新到磁盘中，从而保障缓冲区与磁盘的数据统一。而缓冲区的脏页数据并不是实时刷新的，而是一段时间之后将缓冲区的数据刷新到磁盘中，如果刷新到磁盘的过程出错了，而提醒给用户事务提交胜利，而数据却没有长久化下来，这就呈现问题了，没有保障事务的持久性。

那么，如何解决上述的问题呢？在 InnoDB 中提供了一份日志 redo log，接下来咱们再来剖析一下，通过 redolog 如何解决这个问题。

有了 redolog 之后，当对缓冲区的数据进行增删改之后，会首先将操作的数据页的变动，记录在 redo log buffer 中。在事务提交时，会将 redo log buffer 中的数据刷新到 redo log 磁盘文件中。过一段时间之后，如果刷新缓冲区的脏页到磁盘时，产生谬误，此时就能够借助于 redo log 进行数据恢复，这样就保障了事务的持久性。 而如果脏页胜利刷新到磁盘 或 或者波及到的数据曾经落盘，此时 redolog 就没有作用了，就能够删除了，所以存在的两个 redolog 文件是循环写的。

那为什么每一次提交事务，要刷新 redo log 到磁盘中呢，而不是间接将 buffer pool 中的脏页刷新到磁盘呢 ?

因为在业务操作中，咱们操作数据个别都是随机读写磁盘的，而不是程序读写磁盘。而 redo log 在往磁盘文件中写入数据，因为是日志文件，所以都是程序写的。程序写的效率，要远大于随机写。 这种先写日志的形式，称之为 WAL（Write-Ahead Logging）。

undo log

回滚日志，用于记录数据被批改前的信息 , 作用蕴含两个 : 提供回滚(保障事务的原子性) 和 MVCC(多版本并发管制)。

undo log 和 redo log 记录物理日志不一样，它是逻辑日志。能够认为当 delete 一条记录时，undolog 中会记录一条对应的 insert 记录，反之亦然，当 update 一条记录时，它记录一条对应相同的 update 记录。当执行 rollback 时，就能够从 undo log 中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。

Undo log 销毁：undo log 在事务执行时产生，事务提交时，并不会立刻删除 undo log，因为这些日志可能还用于 MVCC。

Undo log 存储：undo log 采纳段的形式进行治理和记录，寄存在后面介绍的 rollback segment 回滚段中，外部蕴含 1024 个 undo log segment。

MVCC

基本概念

1. 以后读

读取的是记录的最新版本，读取时还要保障其余并发事务不能批改以后记录，会对读取的记录进行加锁。对于咱们日常的操作，如：select ... lock in share mode(共享锁)，select ...for update、update、insert、delete(排他锁)都是一种以后读。

测试:

在测试中咱们能够看到，即便是在默认的 RR 隔离级别下，事务 A 中仍然能够读取到事务 B 最新提交的内容，因为在查问语句前面加上了 lock in share mode 共享锁，此时是以后读操作。当然，当咱们加排他锁的时候，也是以后读操作。

2. 快照读

简略的 select（不加锁）就是快照读，快照读，读取的是记录数据的可见版本，有可能是历史数据，不加锁，是非阻塞读。

• Read Committed：每次 select，都生成一个快照读。
• Repeatable Read：开启事务后第一个 select 语句才是快照读的中央。
• Serializable：快照读会进化为以后读。

测试:

在测试中, 咱们看到即便事务 B 提交了数据, 事务 A 中也查问不到。起因就是因为一般的 select 是快照读，而在以后默认的 RR 隔离级别下，开启事务后第一个 select 语句才是快照读的中央，前面执行雷同的 select 语句都是从快照中获取数据，可能不是以后的最新数据，这样也就保障了可反复读。

3. MVCC

全称 Multi-Version Concurrency Control，多版本并发管制。指保护一个数据的多个版本，使得读写操作没有抵触，快照读为 MySQL 实现 MVCC 提供了一个非阻塞读性能。MVCC 的具体实现，还须要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、undo log 日志、readView。

接下来，咱们再来介绍一下 InnoDB 引擎的表中波及到的暗藏字段、undolog 以及 readview，从而来介绍一下 MVCC 的原理。

暗藏字段

介绍

当咱们创立了下面的这张表，咱们在查看表构造的时候，就能够显式的看到这三个字段。实际上除了这三个字段以外，InnoDB 还会主动的给咱们增加三个暗藏字段及其含意别离是：

而上述的前两个字段是必定会增加的，是否增加最初一个字段 DB_ROW_ID，得看以后表有没有主键，如果有主键，则不会增加该暗藏字段。

测试

1. 查看有主键的表 stu

进入服务器中的 /var/lib/mysql/MySQL_Advanced/ , 查看 stu 的表构造信息, 通过如下指令:

ibd2sdi stu.ibd

查看到的表构造信息中，有一栏 columns，在其中咱们会看到解决咱们建表时指定的字段以外，还有额定的两个字段 别离是：DB_TRX_ID、DB_ROLL_PTR，因为该表有主键，所以没有 DB_ROW_ID 暗藏字段。

            {
                "name": "DB_TRX_ID",
                "type": 10,
                "is_nullable": false,
                "is_zerofill": false,
                "is_unsigned": false,
                "is_auto_increment": false,
                "is_virtual": false,
                "hidden": 2,
                "ordinal_position": 4,
                "char_length": 6,
                "numeric_precision": 0,
                "numeric_scale": 0,
                "numeric_scale_null": true,
                "datetime_precision": 0,
                "datetime_precision_null": 1,
                "has_no_default": false,
                "default_value_null": true,
                "srs_id_null": true,
                "srs_id": 0,
                "default_value": "","default_value_utf8_null": true,"default_value_utf8":"",
                "default_option": "","update_option":"",
                "comment": "","generation_expression":"",
                "generation_expression_utf8": "","options":"",
                "se_private_data": "table_id=1074;",
                "engine_attribute": "","secondary_engine_attribute":"",
                "column_key": 1,
                "column_type_utf8": "","elements": [],"collation_id": 63,"is_explicit_collation": false},
            {
                "name": "DB_ROLL_PTR",
                "type": 9,
                "is_nullable": false,
                "is_zerofill": false,
                "is_unsigned": false,
                "is_auto_increment": false,
                "is_virtual": false,
                "hidden": 2,
                "ordinal_position": 5,
                "char_length": 7,
                "numeric_precision": 0,
                "numeric_scale": 0,
                "numeric_scale_null": true,
                "datetime_precision": 0,
                "datetime_precision_null": 1,
                "has_no_default": false,
                "default_value_null": true,
                "srs_id_null": true,
                "srs_id": 0,
                "default_value": "","default_value_utf8_null": true,"default_value_utf8":"",
                "default_option": "","update_option":"",
                "comment": "","generation_expression":"",
                "generation_expression_utf8": "","options":"",
                "se_private_data": "table_id=1074;",
                "engine_attribute": "","secondary_engine_attribute":"",
                "column_key": 1,
                "column_type_utf8": "","elements": [],"collation_id": 63,"is_explicit_collation": false}

2. 查看没有主键的表 employee

建表语句：

create table employee (id int , name varchar(10));

此时，咱们再通过以下指令来查看表构造及其其中的字段信息：

ibd2sdi employee.ibd

查看到的表构造信息中，有一栏 columns，在其中咱们会看到解决咱们建表时指定的字段以外，还有额定的三个字段 别离是：DB_TRX_ID、DB_ROLL_PTR、DB_ROW_ID，因为 employee 表是没有指定主键的。

            {
                "name": "DB_ROW_ID",
                "type": 10,
                "is_nullable": false,
                "is_zerofill": false,
                "is_unsigned": false,
                "is_auto_increment": false,
                "is_virtual": false,
                "hidden": 2,
                "ordinal_position": 3,
                "char_length": 6,
                "numeric_precision": 0,
                "numeric_scale": 0,
                "numeric_scale_null": true,
                "datetime_precision": 0,
                "datetime_precision_null": 1,
                "has_no_default": false,
                "default_value_null": true,
                "srs_id_null": true,
                "srs_id": 0,
                "default_value": "","default_value_utf8_null": true,"default_value_utf8":"",
                "default_option": "","update_option":"",
                "comment": "","generation_expression":"",
                "generation_expression_utf8": "","options":"",
                "se_private_data": "table_id=1076;",
                "engine_attribute": "","secondary_engine_attribute":"",
                "column_key": 1,
                "column_type_utf8": "","elements": [],"collation_id": 63,"is_explicit_collation": false},
            {
                "name": "DB_TRX_ID",
                "type": 10,
                "is_nullable": false,
                "is_zerofill": false,
                "is_unsigned": false,
                "is_auto_increment": false,
                "is_virtual": false,
                "hidden": 2,
                "ordinal_position": 4,
                "char_length": 6,
                "numeric_precision": 0,
                "numeric_scale": 0,
                "numeric_scale_null": true,
                "datetime_precision": 0,
                "datetime_precision_null": 1,
                "has_no_default": false,
                "default_value_null": true,
                "srs_id_null": true,
                "srs_id": 0,
                "default_value": "","default_value_utf8_null": true,"default_value_utf8":"",
                "default_option": "","update_option":"",
                "comment": "","generation_expression":"",
                "generation_expression_utf8": "","options":"",
                "se_private_data": "table_id=1076;",
                "engine_attribute": "","secondary_engine_attribute":"",
                "column_key": 1,
                "column_type_utf8": "","elements": [],"collation_id": 63,"is_explicit_collation": false},
            {
                "name": "DB_ROLL_PTR",
                "type": 9,
                "is_nullable": false,
                "is_zerofill": false,
                "is_unsigned": false,
                "is_auto_increment": false,
                "is_virtual": false,
                "hidden": 2,
                "ordinal_position": 5,
                "char_length": 7,
                "numeric_precision": 0,
                "numeric_scale": 0,
                "numeric_scale_null": true,
                "datetime_precision": 0,
                "datetime_precision_null": 1,
                "has_no_default": false,
                "default_value_null": true,
                "srs_id_null": true,
                "srs_id": 0,
                "default_value": "","default_value_utf8_null": true,"default_value_utf8":"",
                "default_option": "","update_option":"",
                "comment": "","generation_expression":"",
                "generation_expression_utf8": "","options":"",
                "se_private_data": "table_id=1076;",
                "engine_attribute": "","secondary_engine_attribute":"",
                "column_key": 1,
                "column_type_utf8": "","elements": [],"collation_id": 63,"is_explicit_collation": false}
        ],

undolog

介绍

回滚日志，在 insert、update、delete 的时候产生的便于数据回滚的日志。

当 insert 的时候，产生的 undo log 日志只在回滚时须要，在事务提交后，可被立刻删除。

而 update、delete 的时候，产生的 undo log 日志不仅在回滚时须要，在快照读时也须要，不会立刻被删除。

版本链

有一张表原始数据为：

DB_TRX_ID : 代表最近批改事务 ID，记录插入这条记录或最初一次批改该记录的事务 ID，是自增的。

DB_ROLL_PTR：因为这条数据是才插入的，没有被更新过，所以该字段值为 null。

而后，有四个并发事务同时在拜访这张表。

A. 第一步

当事务 2 执行第一条批改语句时，会记录 undo log 日志，记录数据变更之前的样子; 而后更新记录，并且记录本次操作的事务 ID，回滚指针，回滚指针用来指定如果产生回滚，回滚到哪一个版本。

B. 第二步

当事务 3 执行第一条批改语句时，也会记录 undo log 日志，记录数据变更之前的样子; 而后更新记录，并且记录本次操作的事务 ID，回滚指针，回滚指针用来指定如果产生回滚，回滚到哪一个版本。

C. 第三步

当事务 4 执行第一条批改语句时，也会记录 undo log 日志，记录数据变更之前的样子; 而后更新记录，并且记录本次操作的事务 ID，回滚指针，回滚指针用来指定如果产生回滚，回滚到哪一个版本。

最终咱们发现，不同事务或雷同事务对同一条记录进行批改，会导致该记录的 undolog 生成一条记录版本链表，链表的头部是最新的旧记录，链表尾部是最早的旧记录。

readview

ReadView（读视图）是 快照读 SQL 执行时 MVCC 提取数据的根据，记录并保护零碎以后沉闷的事务（未提交的）id。

ReadView 中蕴含了四个外围字段：

而在 readview 中就规定了版本链数据的拜访规定：

trx_id 代表以后 undolog 版本链对应事务 ID。

不同的隔离级别，生成 ReadView 的机会不同：

• READ COMMITTED：在事务中每一次执行快照读时生成 ReadView。
• REPEATABLE READ：仅在事务中第一次执行快照读时生成 ReadView，后续复用该 ReadView。

原理剖析

RC 隔离级别

RC 隔离级别下，在事务中 每一次 执行快照读时生成 ReadView。

咱们就来剖析事务 5 中，两次快照读读取数据，是如何获取数据的?

在事务 5 中，查问了两次 id 为 30 的记录，因为隔离级别为 Read Committed，所以每一次进行快照读都会生成一个 ReadView，那么两次生成的 ReadView 如下。

那么这两次快照读在获取数据时，就须要依据所生成的 ReadView 以及 ReadView 的版本链拜访规定，到 undolog 版本链中匹配数据，最终决定此次快照读返回的数据。

A. 先来看第一次快照读具体的读取过程：

在进行匹配时，会从 undo log 的版本链，从上到下进行挨个匹配：

• 先匹配

这条记录，这条记录对应的 trx_id 为 4，也就是将 4 带入右侧的匹配规定中。①不满足 ②不满足 ③不满足 ④也不满足，都不满足，则持续匹配 undo log 版本链的下一条。

• 再匹配第二条

  ，这条记录对应的 trx_id 为 3，也就是将 3 带入右侧的匹配规定中。①不满足 ②不满足 ③不满足 ④也不满足，都不满足，则持续匹配 undo log 版本链的下一条。

• 再匹配第三条

，这条记录对应的 trx_id 为 2，也就是将 2 带入右侧的匹配规定中。①不满足 ②满足 终止匹配，此次快照读，返回的数据就是版本链中记录的这条数据。

B. 再来看第二次快照读具体的读取过程:

在进行匹配时，会从 undo log 的版本链，从上到下进行挨个匹配：

• 先匹配

这条记录，这条记录对应的 trx_id 为 4，也就是将 4 带入右侧的匹配规定中。①不满足 ②不满足 ③不满足 ④也不满足，都不满足，则持续匹配 undo log 版本链的下一条。

• 再匹配第二条

，这条记录对应的 trx_id 为 3，也就是将 3 带入右侧的匹配规定中。①不满足 ②满足。终止匹配，此次快照读，返回的数据就是版本链中记录的这条数据。

RR 隔离级别

RR 隔离级别下，仅在事务中第一次执行快照读时生成 ReadView，后续复用该 ReadView。而 RR 是可反复读，在一个事务中，执行两次雷同的 select 语句，查问到的后果是一样的。

那 MySQL 是如何做到可反复读的呢? 咱们简略剖析一下就晓得了

咱们看到，在 RR 隔离级别下，只是在事务中 第一次 快照读时生成 ReadView，后续都是复用该 ReadView，那么既然 ReadView 都一样，ReadView 的版本链匹配规定也一样，那么最终快照读返回的后果也是一样的。

所以呢，MVCC 的实现原理就是通过 InnoDB 表的暗藏字段、UndoLog 版本链、ReadView 来实现的。而 MVCC + 锁，则实现了事务的隔离性。而一致性则是由 redolog 与 undolog 保障。

本文由 传智教育博学谷狂野架构师 教研团队公布。

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