【MySQL进阶之路 | 高级篇】MVCC三剑客：隐藏字段，Undo Log，ReadView

1. 再谈隔离级别

我们知道事务有四个隔离级别，可能存在三种并发问题：

在MySQL中，默认的隔离级别是可重复读，可以解决脏读和不可重复读的问题，如果仅从定义的角度来看，它并不能解决幻读问题。如果我们想要解决幻读问题，就需要采用串行化的方式，也就是将隔离级别提升到最高，但这样一来就会大幅降低数据库的事务并发能力。

MCC可以不采用锁机制，而是通过乐观锁的方式来解决不可重复读和幻读问题!它可以在大多数情况下替代行级锁，降低系统的开销。

2. 隐藏字段，Undo Log版本链

回顾一下undo日志的版本链，对于使用InnoDB存储引擎的表来说，它的聚簇索引记录中都包含两个必要的隐藏列。

trx_id:每次一个事务对某条聚簇索引记录进行改动时，都会把该事务的事务id赋值给trx_id隐藏列。
roll_pointer:每次对某条聚簇索引记录进行改动时，都会把旧的版本写入到undo日志中列就相当于一个指针，可以通过它来找到该记录修改前的信息。

假设插入了记录的事务id为8，那么此刻该条记录的示意图：

insert undo只在事务回滚时起作用，当事务提交后，该类型的undo日志就没用了，它占用的Undo Log Segment也会被系统回收（也就是该undo日志占用的Undo页面链表要么被重用，要么被释放)

能不能在两个事务中交叉更新同一条记录呢?不能!这不就是一个事务修改了另一个未提交事务修改过的数据，脏写。

InnoDB使用锁来保证不会有脏写情况的发生，也就是在第一个事务更新了某条记录后，就会给这条记录加锁，另一个事务再次更新时就需要等待第一个事务提交了，把锁释放之后才可以继续更新。

每次对记录进行改动，都会记录一条undo日志，每条undo日志也都有一个roll_pointer属性（INSERT操作对应的undo日志没有该属性，因为该记录并没有更早的版本)，可以将这些undo日志都连起来，串成一个链表:

对该记录每次更新后，都会将旧值放到一条undo日志中，就算是该记录的一个旧版本，随着更新次数的增多，所有的版本都会被roll_pointer属性连接成一个链表，我们把这个链表称之为版本链，版本链的头节点就是当前记录的最新的值。

每个版本中还包含生成该版本时对应的事务id。

当一个事务begin开始时，如果未做增删改等操作(查询select操作是可以允许的)，那么系统就不会为这个事务分配事务id值，则其事务id值默认为0。直到事务中进行了增删改等操作，系统才会为事务分配自增的id。

3. 什么是ReadView

在MVCC机制中，多个事务对同一个行记录进行更新会产生多个历史快照，这些历史快照保存在Undo Log里。如果一个事务想要查询这个行记录，需要读取哪个版本的行记录呢?这时就需要用到ReadView了，它帮我们解决了行的可见性问题。

ReadView就是事务在使用MVCC机制进行快照读操作时产生的读视图。当事务启动时，会生成数据库系统当前的一个快照，InnoDB为每个事务构造了一个数组，用来记录并维护系统当前活跃事务的ID(“活跃"指的就是，启动了但还没提交)。

3.1 设计思路：

使用READ UNCOMNITTED隔离级别的事务，由于可以读到未提交事务修改过的记录，所以直接读取记录的最新版本就好了。
使用SERIALIZABLE隔离级别的事务，InnoDB规定使用加锁的方式来访问记录。
使用READ COMMITTED和REPEATABLE READ隔离级别的事务，都必须保证读到已经提交了的事务修改过的记录。假如另一个事务已经修改了记录但未提交，是不能直接读取最新版本的记录的，核心问题就是需要判断一下版本链中哪个版本是当前事务可见的，这是ReadView需要解决的问题。

这个ReadView中主要包含了4个比较重要的内容：

creator_trx_id：创建这个ReadView的事务ID。

说明:只有在对表中的记录做改动时(执行INSERT、DELETE、UPDATE这些语句时)才会为事务分配事务id，否则在一个只读事务中的事务id都默认为0；

trx_ids ：表示在生成ReadView时当前系统中活跃的读写事务的事务id列表。
up_Iimit_id，活跃的事务中最小的事务ID。
low_limit_id，表示生成ReadView时系统中应该分配给下一个事务的id值。low_limit_id是系统最大的事务id值，这里要注意是系统中的事务id，需要区别于正在活跃的事务ID。

注意:：low_limit_id并不是trx_ids中的最大值，事务id是递增分配的。比如，现在有id为1，2，3这三个事务，之后id为3的事务提交了。那么一个新的读事务在生成ReadView时,trx_ids就包括1和2，up_limit_id的值就是1，low_limit_id的值就是4。

3.2 ReadView的规则

有了这个ReadView，这样在访问某条记录时，只需要按照下边的步骤判断记录的某个版本是否可见。

如果被访问版本的trx_id属性值与ReadView中的creator_trx_id值相同，意味着当前事务在访问它自己修改过的记录，所以该版本可以被当前事务访问。
如果被访问版本的trx_id属性值小于ReadView中的up_limit_id值，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView前已经提交，所以该版本可以被当前事务访问。
如果被访问版本的trx_id属性值大于或等于ReadView中的low_limit_id值，表明生成该版本的事务在当前事务生成ReadView后才开启，所以该版本不可以被当前事务访问。
如果被访问版本的trx_id属性值在ReadView的up_limit_id和low_limit_id之间，那就需要判断一下trx_id属性值是不是在trx_ids列表中。如果在，说明创建ReadView时生成该版本的事务还是活跃的，该版本不可以被访问。如果不在，说明创建ReadView时生成该版本的事务已经被提交，该版本可以被访问。

3.3 MVCC整体操作流程

了解了这些概念之后，我们来看下当查询一条记录的时候，系统如何通过MVCC找到它:

首先获取事务自己的版本号，也就是事务ID;
获取ReadView;
查询得到的数据，然后与ReadView中的事务版本号进行比较;
如果不符合ReadView规则，就需要从Undo Log 中获取历史快照;
最后返回符合规则的数据。

如果某个版本的数据对当前事务不可见的话，那就顺着版本链找到下一个版本的数据，继续按照上边的步骤判断可见性，依此类推，直到版本链中的最后一个版本。如果最后一个版本也不可见的话，那么就意味着该条记录对该事务完全不可见，查询结果就不包含该记录。

InnoDB中，MVCC是通过Undo Log + Read View进行数据读取，Undo Log保存了历史快照，而Read View规则帮我们判断当前版本的数据是否可见。

在隔离级别为读已提交(Read Commit)时，一个事务中的每一次SELECT查询都会重新获取一次Read View.

在隔离级别为可重复读（Repeatable Read）时，就避免了不可重复读，这是因为一个事务只在第一次SELECT的时候会获取一次ReadView，而后面所有的SELECT都会复用这个Read View。