如何理解MySql的MVCC机制

MVCC是什么

MySQL的MVCC机制，全称为多版本并发控制（Multi-VersionConcurrency Control），是一种提高数据库并发性能的技术。MVCC的主要目的是在保证数据一致性的同时，提高数据库的并发性能。

它通过为每个读操作创建数据的快照来实现这一点，这样即使在数据被其他事务修改的同时，读操作也能够看到一致的数据视图。这种机制避免了同一个数据在不同事务之间的竞争，从而提高了系统的并发性能。

MVCC在MySQL中的实现主要是为了解决读写冲突问题，使得即使在有读写冲突的情况下，也能做到不加锁，非阻塞并发读。MVCC通过维护数据的不同版本来实现这一点，每个事务都可以看到适合自己版本的数据，而不会被其他事务的修改所影响。

MVCC适用范围

在MySQL中，MVCC只在读取已提交（Read Committed）和可重复读（Repeatable Read）两个事务级别下有效。底层通过Undolog日志中的版本链和ReadView一致性视图来实现的。MVCC就是在多个事务同时存在时，SELECT语句找寻到具体是版本链上的哪个版本，然后在找到的版本上返回其中所记录的数据的过程。

当前读：总是读取当前最新的数据。

像select lock in share mode(共享锁), select for update ; update, insert ,delete(排他锁)这些操作都是一种当前读

快照读：像不加锁的select操作就是快照读，即不加锁的非阻塞读；快照读的前提是隔离级别不是串行级别，串行级别下的快照读会退化成当前读；之所以出现快照读的情况，是基于提高并发性能的考虑，快照读的实现是基于多版本并发控制，即MVCC,可以认为MVCC是行锁的一个变种，但它在很多情况下，避免了加锁操作，降低了开销；既然是基于多版本，即快照读可能读到的并不一定是数据的最新版本，而有可能是之前的历史版本

update delete一定是当前读

表隐藏字段

DB_ROW_ID：隐藏主键，MySQL的B+树索引特性要求每个表必须要有一个主键。如果没有设置的话，会自动寻找第一个不包含NULL的唯一索引列作为主键。如果还是找不到，就会在这个DB_ROW_ID上自动生成一个唯一值，以此来当作主键（该列和MVCC的关系不大）；
DB_TRX_ID：最后一次事务ID，记录的是当前事务在做INSERT或UPDATE语句操作时的事务ID（DELETE语句被当做是UPDATE语句的特殊情况，后面会进行说明）；
DB_ROLL_PTR：回滚指针，通过它可以将不同的版本串联起来，形成版本链。相当于链表的next指针。这个指针实际就是指向undolog的快照对应版本的数据。

MVCC的工作流程

1. 事务开始时，获取一个唯一的事务ID。

2. 当进行读取操作时，数据库会创建一个Read View，其中包含了当前系统中活跃事务的信息。

3. 读取数据时，数据库会根据Read View中的信息来确定哪个版本的数据是可见的。

4. 如果当前版本的数据不可见，数据库会通过undo日志找到合适的历史版本。

MVCC与锁机制的比较

MVCC和锁机制都是并发控制的手段，但它们在不同的场景下有不同的应用。锁机制通过在数据上加锁来保证事务的隔离性，是一种悲观锁的实现。而MVCC通过维护数据的多个版本来实现非锁定读取，是一种乐观锁的实现。

无锁架构：COW思想

Copy-On-Write（COW，写时复制）是一种常见的并发编程思想。

Copy-On-Write基本思想是，当多个线程需要对共享数据进行修改时，不直接在原始数据上进行操作，而是先将原始数据复制一份（即写时复制），然后在副本上进行Write。

Copy-On-Write 通过操作写操作副本，引入局部无锁架构，解决并且处理之间的数据冲突，提高了并发性能。

Copy-On-Write的实现步骤如下：

读取数据：多个线程同时读取共享数据时，它们可以直接访问原始数据，而不需要复制。因为读取操作不会修改数据，所以可以安全地共享原始数据。
写入数据：当某个线程需要修改共享数据时，首先会将原始数据进行复制（即写时复制），然后在副本上进行修改。这样做的好处是，其他线程仍然可以继续读取原始数据，不受写入线程的影响。
更新引用：写入线程完成修改后，会更新共享数据的引用，使得其他线程后续访问时可以获取到最新的数据副本。

Copy-On-Write的优点包括：

线程安全：通过复制数据副本并在副本上进行修改，避免了多线程并发修改原始数据时的数据冲突问题，从而提高了线程安全性。
减少锁竞争：由于读取操作不需要加锁，所以可以减少锁竞争，提高了并发性能。
节省内存：只有在有写入操作时才会进行数据复制，而读取操作可以共享原始数据，因此可以节省内存空间。

然而，Copy-On-Write也有一些缺点，主要是由于数据复制和更新引用所带来的额外开销，可能会导致内存和性能方面的消耗增加。因此，适用场景需要根据具体情况进行评估和选择。

COW思想写操作之间是要互斥的，并且每次写操作都会有一次copy，所以只适合读大于写的情况。所以，COW思想专门用于优化读的次数远大于写次数的场景。比如，Java的并发容器CopyOnWriteArrayList。

Java中的CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 是jdk1.5以后并发包中提供的一种并发容器，写操作通过创建底层数组的新副本来实现，是一种读写分离的并发策略，我们也成为“写时复制容器”。

public boolean add(E e) {
   //加锁，对写操作保证线程安全
   final ReentrantLock lock = this.lock;
   lock.lock();
   try {
       Object[] elements = getArray();
       int len = elements.length;
       //拷贝原容器，长度为原容器+1
       Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
       //在新副本执行添加操作
       newElements[len] = e;
       //底层数组指向新的数组
       setArray(newElements);
       return true;
   } finally {
       lock.unlock();
   }
}

CopyOnWriteArrayList底层实现添加的原理是先copy出一个容器(可以简称副本)，再往新的容器里添加这个新的数据，最后把新的容器的引用地址赋值给了之前那个旧的的容器地址，但是在添加这个数据的期间，其他线程如果要去读取数据，仍然是读取到旧的容器里的数据。

MVCC核心ReadView

先来思考如下的问题：

如果T1事务要查询id=1的一条行数据，此时这条行数据正在被T2事务修改，那也就代表着这条数据可能存在多个旧版本数据，T1事务在查询时，应该读这条数据的哪个版本呢？

此时就需要用到ReadView，用它来做多版本的并发控制，根据查询的时机，来选择一个当前事务可见的旧版本数据读取。

什么是ReadView呢？

当一个事务在尝试读取一条数据时，MVCC基于当前MySQL的运行状态生成的快照，也被称之为读视图，即ReadView，在这个快照中记录着当前所有活跃事务的ID（活跃事务是指还在执行的事务，即未结束（提交/回滚）的事务）。

ReadView是事务在进行快照读的时候生成的记录快照, 可以帮助我们解决可见性问题的。

ReadView的核心属性

当一个事务启动后，首次执行select操作时，MVCC就会生成一个数据库当前的ReadView，

通常而言，一个事务与一个ReadView属于一对一的关系（不同隔离级别下也会存在细微差异），ReadView一般包含4个核心属性：

我们假设目前数据库中共有T1~T6这6个事务，T1、T2、T4、T6还在执行，T3已经回滚，T5已经提交，

此时当有一条查询语句执行时，就会利用MVCC机制生成一个ReadView，由于在MySQL中单纯由一条select语句组成的事务并不会分配事务ID，因此默认为0，所以目前这个ReadView的信息如下：

ReadView的读取规则

访问某条记录的时候如何判断该记录是否可见,具体规则如下：

如果被访问版本的 事务ID = creator_trx_id，那么表示当前事务访问的是自己修改过的记录，那么该版本对当前事务可见；
如果被访问版本的 事务ID < up_limit_id，那么表示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 事务ID > low_limit_id 值，那么表示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 事务ID在 up_limit_id和m_low_limit_id之间，那就需要判断一下版本的事务ID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。