浅谈MySql事务与MVCC

事务是数据库最小工作单元，它的操作是不可以被分割的原子操作，是保证数据一致性的重要手段之一。本文将通过基本概念、特性、隔离级别以及实现原理，带领大家熟悉MySql中的事务。在MySql中，常见支持事务的存储引擎包括innoDB，NDB等，而另外一个常用的存储引擎MyISAM是不支持事务的，本文主要针对innoDB进行分析。

事务基础

首先来看一下事务的4大特性ACID：

• 原子性（Atomicity）：一个事务中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成，不会结束在中间某个环节。
• 一致性（Consistent）：一方面，在事务开始之前和事务结束以后，数据库的完整性没有被破坏；另一方面，写入的数据必须完全符合所有的预设规则。
• 隔离性（Isolation）：不同的会话或线程，操作数据库的时候可能产生多个事务。如果同时操作一张表或同一行数据，必然产生并发或干扰操作。隔离性要求事务间对表或数据操作是透明的，互相不存在干扰的，通过这种方式保证一致性。
• 持久性（Durable）：事务处理结束后，对数据的修改就是永久的，即便系统故障也不会丢失。

那么，数据库中什么时候会出现事务呢？在MySql中，事务的提交存在两种方式，自动提交与手动提交，默认已经开启了自动提交。

可以使用指令查看是否开启自动提交：

show variables like 'autocommit';

当变量autocommit的值为ON时，代表自动提交开启，改为OFF则变为手动提交。在手动提交模式下，可以使用下面两种指令开启事务：

-- 第一种
start transaction;
-- 第二种
begin;

这两种指令都是显示开启一个事务，标识事务的开始，具有相同的作用。

结束事务的方式也有两种，事务确认提交：

commit;

事务回滚：

rollback;

当 commit或rollback语句执行后，事务会自动关闭。

事务并发问题

介绍完事务的基本概念，我们通过几个示例来看一下，事务并发会带来什么问题。

1、脏读

脏读表示一个事务在处理过程中，读取到了其他事务未进行提交的数据。这种数据被称之为脏数据，依据脏数据进行的操作可能是不正确的。

如上图所示，在事务A中读取到了事务B未提交的数据。那么如果事务B之后进行了回滚，那么事务A则都到了脏数据。

2、不可重复读

不可重复读是指在一个事务范围内，多次进行相同的查询，却得到不同结果。也就是说多次读取同一条记录，但记录中的某些列的值被修改过。

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与脏读不同的是，脏读是读取到了其他事务未提交的数据，而不可重复读是读取了其他事务提交的数据。

3、幻读

幻读是指当事务不是独立执行时发生的一种现象，幻读主要是说多次读取一个范围内的记录，包括直接查询所有记录结果或聚合统计，发现了结果数量的不一致性（包括结果的增多或减少）。

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与不可重复读相同，也是一个事务读取到了其他事务已提交的数据。但是不同的是，查询的结果集发生了数量的变化。

以上数据库的事务并发三大问题其实都是数据库读一致性的问题，必须由数据库提供一定的事务隔离机制来解决。

事务隔离级别

看一下SQL92 ANSI/ISO定义的事务的四种隔离级别：

• Read Uncommitted（读未提交）：事务未提交的数据对其他事务也是可见的，会出现脏读
• Read Committed（读已提交）：一个事务开始后，只能看到已提交的事务所做的修改，会出现不可重复读
• Repeatable Read（可重复读）：在同一个事务中多次读取同样的数据结果是一致的，这种隔离级别未定义解决幻读的问题
• Serializable（串行化）：最高的隔离级别，通过强制事务的串行执行

那么这几个级别能解决什么问题呢：

• 在读未提交级别，不能解决任何事务并发的问题
• 在读已提交级别，能够解决脏读问题
• 在可重复读级别，能够解决不可重复读问题
• 在串行化级别，能够解决所有问题，但是相应的会降低数据库事务的并发度，降低性能

以表格的形式直观的看一下：

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需要注意的是，innoDB默认的事务隔离级别是第3级的可重复读，但是innoDB在这一级别，在部分场景下规避了幻读的问题，接下来看一下两种解决原理。

LBCC

LBCC（Lock Based Concurrency Control），被称为基于锁的并发控制。在读取数据前，对其加锁，阻止其他事务对数据进行修改。它对应了4种隔离级别中级别最高的串行化隔离级别。在这个级别上，因为锁的粒度过大，会导致性能的下降，因此提出了比LBCC性能更优越的方法MVCC。

MVCC

MVCC（Multi version Concurrency controll），被称为基于快照（多版本）并发控制。

MVCC是一种用来解决读写冲突的无锁并发控制，innoDB内部使用了该机制来实现了一致性非阻塞读，大大提高了并发读写速率，写操作不影响到读操作，并且读到的是一个数据的快照（snapshot）版本。

其基本实现原理是为事务分配单向增长的时间戳，生成一个数据请求时间点的一致性数据快照，快照版本与事务时间戳关联，并用这个快照来提供一定级别的一致性读取（包括语句级或事务级）。

在看MVCC的具体实现之前，需要了解一下MySql中3个隐式字段：

• DB_TRX_ID：创建版本号，是最近修改事务的ID，自动递增。记录了插入或更新行的最后一个事务的事务ID
• DB_ROLL_PTR：回滚指针（或删除指针），配合undo log，指向这条记录的上一个版本
• DB_ROW_ID：隐藏的行ID，如果数据表没有设置主键，会以它产生聚簇索引

MVCC的多版本并发控制，实现的主要原理就是依赖这3个隐式字段实现的，其核心思想就是：

1. 只能查找创建时间小于等于当前事务ID的行
2. 只能查找删除时间大于等于当前事务ID的行，或未删除的行

基于这两点，我们根据实例进行分析，还是以item表作为示例，暂时先不看price字段。两个用户自定义字段和三个隐式字段如下格式：

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事务2进行查询时，事务3插入数据，插入结束后事务2继续进行查询：

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事务3中，beer的创建版本为3，而事务2只能查询到本事务的修改，和在第一次查询前已经提交的事务的修改，因此版本3的数据不满足条件。

在上面的基础上，新建事务4删除数据，再在事务2中进行查询：

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事务4中，将id为2的数据的删除版本号写为4，但是在事务2中仍然可以读到删除版本号大于当前版本的数据，因此还能读到id为2的数据。

在上面的基础上，新建事务5进行数据update操作，再在事务2中进行查询

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事务2仍然只能查到本事务的修改和第一次查询前已经提交的事务的修改，而事务5中更新的id为1的数据，创建版本大于事务2，不满足条件，无法被查找。

上面只对MVCC使用的两大规则进行了简化的演示，除此之外，很多情况下MVCC是与数据库的锁结合使用的，例如当前读就会使用锁，而快照读使用MVCC。通过以上例子，希望能够帮助大家更好的理解MqSql事务的工作机制。