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Mvcc实现原理

MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制） 是一种数据库并发控制机制，通过为数据维护多个版本，避免读写冲突，实现事务隔离。它的核心原理是：每个事务看到的数据是一个一致性快照，写操作创建新版本而非直接修改原数据，依赖版本标识（如时间戳或事务 ID）和版本管理（如快照或回滚段）实现。

关键事实

  1. 基本原理：
    • 数据记录保存多个版本，每个版本标记创建时间或事务 ID。
    • 读事务访问符合其隔离级别的数据版本，写事务生成新版本。
    • 旧版本在不需要时被清理（垃圾回收）。
  2. 核心组件：
    • 版本标识：如事务 ID（TID）或时间戳，区分不同版本。
    • 快照：事务开始时记录可见数据版本。
    • 元数据：记录版本的创建和删除信息（如创建事务 ID、删除事务 ID）。
  3. 工作流程：
    • 读操作：根据事务的开始时间或隔离级别，选择可见的版本。
    • 写操作：复制旧数据，创建新版本，标记新版本的事务 ID。
    • 提交/回滚：提交后新版本生效，回滚则丢弃新版本。
  4. 隔离级别支持：
    • 读已提交：读取最新提交的版本。
    • 可重复读：读取事务开始时的快照版本。

示例（以 MySQL InnoDB 为例）

  • 表结构：每行数据有隐藏列：
    • DB_TRX_ID：创建该版本的事务 ID。
    • DB_ROLL_PTR：指向回滚段的指针（旧版本）。
  • 事务操作：
    • 事务 T1（ID=100）更新 balance=50 为 60，创建新版本，旧版本存回滚段。
    • 事务 T2（ID=101）读取时：
      • 读已提交：看到 60（最新提交）。
      • 可重复读：看到 50（T2 开始时的快照）。
  • 快照：T2 开始时记录活跃事务列表，只读小于其 ID 的版本。 记录： 版本1: balance=50, DB_TRX_ID=90 版本2: balance=60, DB_TRX_ID=100, DB_ROLL_PTR -> 版本1

延伸与面试角度

  • 实现细节：
    • 版本存储：InnoDB 用回滚段（undo log）保存旧版本。
    • 可见性判断：事务对比记录的 DB_TRX_ID 和活跃事务列表。
    • 垃圾回收：提交后，旧版本在无事务引用时清理。
  • 为什么高效？：
    • 读不阻塞写：读旧版本，写创建新版本，无需锁等待。
    • 写不阻塞读：新版本对未提交事务不可见。
  • 与锁的对比：
    • 锁（悲观控制）：读写互斥，适合写多场景。
    • MVCC（乐观控制）：读写分离，适合读多场景。
  • 实际应用：
    • MySQL InnoDB：默认可重复读，MVCC 避免不可重复读。
    • PostgreSQL：每行存多版本，支持串行化。
  • 优缺点：
    • 优点：高并发读写，隔离性强。
    • 缺点：空间开销大（存多版本），需垃圾回收。

总结

MVCC 通过多版本数据和快照实现隔离性，读事务访问历史版本，写事务创建新版本，依赖版本标识和回滚机制。MySQL InnoDB 用事务 ID 和回滚段实现，支持读已提交和可重复读。面试时，可结合 InnoDB 示例或与锁机制对比，展示深入理解。