揭秘MySQL多版本并發控制實現原理
MySQL 中多版本并發控制（MVCC），是現代數據庫引擎實現中常用的處理讀寫沖突的手段，MVCC 作為 MySQL 高級應用特性，目的在于提高數據庫高并發場景下的吞吐性能。
一、MVCC出現背景是什么？
事務的4個隔離級別以及對應的3種異常：
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臟讀：一個事務讀取到了另外一個事務沒有提交的數據；
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不可重復讀： 在同一事務中，兩次讀取同一數據，得到內容不同；
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幻讀： 同一事務中，用同樣的操作讀取兩次，得到的記錄數不相同。
在 MySQL 中， 默認的隔離級別是可重復讀 ，可以解決臟讀和不可重復讀的問題，但不能解決幻讀問題。如果我們想要解決幻讀問題，就需要采用串行化的方式，也就是將隔離級別提升到最高，但這樣一來就會大幅降低數據庫的事務并發能力。
而MVCC就是通過樂觀鎖的方式來解決不可重復讀和幻讀問題，它可以在大多數情況下替代行級鎖，降低系統的開銷。
MySQL 并發事務會引起更新丟失問題，解決辦法是鎖，主要分兩類：
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樂觀鎖：
其實現如同它的名字一樣，是假設比較好的情況。
每次取數據的時候都認為他人不會對其修改，所以不會上鎖，但是在更新的時候會判斷一下在此期間別人有沒有去更新這個數據，可以使用版本號機制和CAS算法實現。
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悲觀鎖：
悲觀鎖也如同它的名字一樣，總是假設比較壞的情況，每次取數據的時候都認為他人會修改，所以每次在拿數據的時候都會上鎖，這樣別人想拿這個數據就會阻塞直到它拿到鎖（共享資源每次只給一個線程使用，其它線程阻塞，用完后再把資源轉讓給其它線程）。
二、什么是MVCC，它解決了什么問題？
MVCC 是通過數據行的多個版本管理來實現數據庫的并發控制，簡單來說它的思想就是保存數據的歷史版本。
我們可以通過比較版本號決定數據是否顯示出來（具體的規則后面會介紹到），讀取數據的時候不需要加鎖也可以保證事務的隔離效果。
通過 MVCC 我們可以解決以下幾個問題：
（1）讀寫之間阻塞的問題，通過 MVCC 可以讓讀寫互相不阻塞，即讀不阻塞寫，寫不阻塞讀，這樣就可以提升事務并發處理能力。
（2）降低了死鎖的概率。這是因為 MVCC 采用了樂觀鎖的方式，讀取數據時并不需要加鎖，對于寫操作，也只鎖定必要的行。
（3）解決一致性讀的問題。一致性讀也被稱為快照讀，當我們查詢數據庫在某個時間點的快照時，只能看到這個時間點之前事務提交更新的結果，而不能看到這個時間點之后事務提交的更新結果。
解釋一下可能難以理解的幾個詞匯：
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快照讀：
讀取的是快照數據，不加鎖的簡單的SELECT都屬于快照讀（只是普通的讀操作）。
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當前讀：
當前讀就是讀取最新數據，而不是歷史版本的數據。
加鎖的SELECT，或者對數據進行增刪改都會進行當前讀（包括加鎖的讀取和DML操作）。
三、應用舉例分析
為了更好地讓大家理解MVCC，我們用一個示例場景來說明。
假設有個賬戶金額表 user_balance，包括三個字段，分別是 username 用戶名、balance 余額和 bankcard 卡號，表數據如下所示：
用戶 A 和用戶 B 之間進行轉賬，此時數據庫管理員想要查詢 user_balance 表中的總金額，兩個場景存在并發情況，在沒有MVCC的情況下，會出現哪些問題呢。
Case1 ：因為需要采用加行鎖的方式，用戶 A 給 B 轉賬時間等待很久，如下圖所示。
Case2 ：當我們讀取的時候用了加行鎖，可能會出現死鎖的情況，如下圖所示。
比如當我們讀到 A 有 1000 元的時候，此時 B 開始執行給 A 轉賬。
四、InnoDB如何實現MVCC？
當查詢一條記錄的時候，執行流程如下：
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首先獲取事務自己的版本號，也就是事務 ID；
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獲取 Read View；
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查詢得到的數據，然后與 Read View 中的事務版本號進行比較；
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如果不符合 ReadView 規則，就需要從 Undo Log 中獲取歷史快照；
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最后返回符合規則的數據。
相關概念
1. 事務版本號
一個自增長的事務ID，用于標記事務執行的先后順序。
2. Read View
在 MVCC 機制中，多個事務對同一個行記錄進行更新會產生多個歷史快照，這些歷史快照保存在 Undo Log 里。如果一個事務想要查詢這個行記錄，需要讀取哪個版本的行記錄呢？
這時就需要用到 Read View 了，它幫我們解決了行的可見性問題。Read View 保存了當前事務開啟時所有活躍（還沒有提交）的事務列表，換個角度，可以理解為 Read View 保存了不應該讓這個事務看到的其他的事務 ID 列表。
Read VIew 中的幾個重要屬性：
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up_limit_id，活躍的事務中最小的事務 ID；
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trx_ids，系統當前正在活躍的事務 ID 集合；
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low_limit_id，活躍的事務中最大的事務 ID；
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creator_trx_id，創建這個 Read View 的事務 ID。
3. 行記錄的隱藏列
InnoDB 的葉子節點段存儲了數據頁，數據頁中保存了行記錄，在這些行記錄中有一些重要的隱藏字段：
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DB_ROW_ID ：
6-byte，記錄操作該數據事務的事務ID；
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DB_TRX_ID ：
6-byte，當創建表沒有合適的索引作為聚集索引時，會用該隱藏ID創建聚集索引；
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DB_ROLL_PTR ：
7-byte，回滾指針，指向上一個版本數據在undo log 里的位置指針；
4. 聚集索引
聚集索引是指數據庫表行中數據的物理順序與鍵值的邏輯（索引）順序相同。一個表只能有一個聚集索引，因為一個表的物理順序只有一種情況，所以，對應的聚集索引只能有一個。
5. Undo Log
InnoDB 將行記錄快照保存在 Undo Log，可以在回滾段中找到它們，主要用于記錄數據被修改之前的日志，在對表信息做修改之前先會把數據拷貝到Undo Log里，當事務進行回滾時可以通過Undo Log里的日志進行數據還原。
回滾段中回滾指針間關聯關系，如下圖所示：
五、InnoDB是如何解決幻讀的？
1、在讀已提交的情況下，即使采用了 MVCC 方式也會出現幻讀
我們同時開啟事務 A 和事務 B，先在事務 A 中進行某個條件范圍的查詢，讀取的時候采用排它鎖，在事務 B 中增加一條符合該條件范圍的數據，并進行提交，然后我們在事務 A 中再次查詢該條件范圍的數據，就會發現結果集中多出一個符合條件的數據，這樣就出現了幻讀。
出現幻讀的原因是在讀已提交的情況下，InnoDB 只采用記錄鎖（Record Locking）。
InnoDB 三種行鎖的方式：
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記錄鎖：
針對單個行記錄添加鎖。
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間隙鎖（Gap Locking）：
可以鎖住一個范圍（索引之間的空隙），但不包括記錄本身。
采用間隙鎖的方式可以防止幻讀情況的產生。
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Next-Key 鎖：
鎖住一個范圍，同時鎖定記錄本身，相當于間隙鎖 + 記錄鎖，可以解決幻讀的問題。
2、在可重復讀的情況下，InnoDB 可以通過 Next-Key 鎖 +MVCC 來解決幻讀問題。
想插入球員艾利克斯·倫（身高 2.16 米）的時候，事務 B 會超時，無法插入該數據。
這是因為采用了 Next-Key 鎖，會將 height>2.08 的范圍都進行鎖定，就無法插入符合這個范圍的數據了。然后事務 A 重新進行條件范圍的查詢，就不會出現幻讀的情況。
六、總結
MVCC 的核心就是 Undo Log+ Read View。
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“MV”就是通過 Undo Log 來保存數據的歷史版本，實現多版本的管理；
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“CC”是通過 Read View 來實現管理，通過 Read View 原則來決定數據是否顯示。
同時針對不同的隔離級別，Read View 的生成策略不同，也就實現了不同的隔離級別。
