MySQL InnoDB 事務(wù)隔離與 MVCC、版本鏈與 ReadView 原理詳解

作者：碼哥字節(jié)@李健青 2025-12-01 09:11:04

數(shù)據(jù)庫其他數(shù)據(jù)庫

在 MySQL 的 InnoDB 引擎中，通過 Next-Key Locking 技術(shù)，在可重復(fù)讀（Repeatable Read）隔離級別下就已經(jīng)可以避免絕大部分的幻讀現(xiàn)象。

我去面試的時(shí)候滔滔不絕，感覺勝利在握，可是面試官忽然到：“什么是 MVCC，MySQL 有了各種鎖？為什么還要射界 MVCC？”

這是個(gè)好問題！

MVCC（Multi-Version Concurrency Control）中文叫做多版本并發(fā)控制協(xié)議，是 MySQL InnoDB 引擎用于控制數(shù)據(jù)并發(fā)訪問的協(xié)議。

今天我就帶你從 MVCC 基本原理說起，并且教你鬼狐一般隔離級別、版本連、Read View 的作用。

為什么需要 MVCC

在 MVCC 出現(xiàn)之前，數(shù)據(jù)庫主要依靠鎖機(jī)制來解決并發(fā)沖突。但鎖機(jī)制存在明顯的瓶頸：

鎖的代價(jià)：

阻塞等待：寫鎖會(huì)阻塞讀鎖，讀鎖會(huì)阻塞寫鎖
死鎖風(fēng)險(xiǎn)：多個(gè)事務(wù)相互等待對方釋放鎖
并發(fā)度低：悲觀鎖機(jī)制限制了系統(tǒng)吞吐量

-- 傳統(tǒng)鎖機(jī)制下的并發(fā)問題示例
-- 事務(wù)1
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE user_id = 1; -- 獲取寫鎖

-- 事務(wù)2（被阻塞）
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE user_id = 1; -- 等待讀鎖，直到事務(wù)1提交

試想一下，如果一個(gè)線程準(zhǔn)備執(zhí)行 UPDATE 一行數(shù)據(jù)，如果這時(shí)候阻塞住了所有的 SELECT 語句，那么這個(gè)性能你能接受嗎？

余弦：“那肯定不行，所以 MVCC 的核心思想是為每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)維護(hù)多個(gè)版本，讀寫操作可以并發(fā)進(jìn)行而不相互阻塞？”

聰明，MVCC 的核心思想是為每一行數(shù)據(jù)維護(hù)多個(gè)版本（通常是兩個(gè)），通過某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的“快照”（Snapshot）來讀取數(shù)據(jù)，從而避免加鎖帶來的性能損耗，實(shí)現(xiàn)非阻塞的讀操作：

非阻塞讀：讀操作不需要等待寫操作完成
非阻塞寫：寫操作不需要等待讀操作完成（在合理隔離級別下）。
高并發(fā)：大幅提升系統(tǒng)吞吐量。

隔離級別

在深入理解 MVCC 之前，我們現(xiàn)在還需要進(jìn)步一了解和 MVCC 緊密關(guān)聯(lián)的概念，隔離級別。

MySQL 的事務(wù)隔離級別有以下四種：

讀未提交（Read Uncommitted）：

是指一個(gè)事務(wù)可以看到另外一個(gè)事務(wù)尚未提交的修改。
設(shè)置：SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED;
實(shí)現(xiàn)機(jī)制：不加任何鎖，直接讀取最新的數(shù)據(jù)頁，無論其是否已提交。性能最好，但數(shù)據(jù)一致性最差，生產(chǎn)環(huán)境極少使用。

讀已提交（Read Committed，簡寫 RC）：

如何避免臟讀：因?yàn)槊看巫x都取已提交的最新快照，所以不會(huì)讀到未提交的數(shù)據(jù)。
為何有不可重復(fù)讀和幻讀：因?yàn)槊看尾樵兊?ReadView 都最新，其他事務(wù)的提交會(huì)立刻被當(dāng)前事務(wù)看到。
是指一個(gè)事務(wù)只能看到已經(jīng)提交的事務(wù)的修改，如果在事務(wù)執(zhí)行過程中有別的事務(wù)提交了，那么事務(wù)還是能夠看到別的事務(wù)最新提交的修改。
設(shè)置：SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;（RC）
實(shí)現(xiàn)機(jī)制：基于 MVCC，每次 SELECT 語句都會(huì)生成一個(gè)獨(dú)立的、最新的 ReadView。

可重復(fù)讀（Repeatable Read，簡寫 RR）：

如何避免不可重復(fù)讀：因?yàn)檎麄€(gè)事務(wù)看到的都是同一個(gè)“歷史快照”，其他事務(wù)的提交對當(dāng)前事務(wù)不可見。
InnoDB 如何解決幻讀：這是 MySQL InnoDB 的精髓！通過 Next-Key Lock（臨鍵鎖） 實(shí)現(xiàn)。它結(jié)合了記錄鎖（鎖住索引項(xiàng)）和間隙鎖（鎖住索引項(xiàng)之間的間隙）。當(dāng)執(zhí)行范圍查詢時(shí)，InnoDB 會(huì)鎖住整個(gè)范圍，防止其他事務(wù)在這個(gè)范圍內(nèi)插入新數(shù)據(jù)，從而避免了幻讀。
是指在這一個(gè)事務(wù)內(nèi)部讀同一個(gè)數(shù)據(jù)多次，讀到的結(jié)果都是同一個(gè)。這意味著即便在事務(wù)執(zhí)行過程中有別的事務(wù)提交，這個(gè)事務(wù)依舊看不到別的事務(wù)提交的修改。這是 MySQL 默認(rèn)的隔離級別。
設(shè)置：SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;（RR）
實(shí)現(xiàn)機(jī)制：基于 MVCC，但一個(gè)事務(wù)中只有第一次 SELECT 會(huì)生成 ReadView，后續(xù)所有讀操作都復(fù)用這個(gè) ReadView。

-- 事務(wù)A
BEGIN;
SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE; -- 會(huì)鎖住age=20到30這個(gè)區(qū)間，甚至包括兩邊的“間隙”

-- 此時(shí)事務(wù)B的插入會(huì)被阻塞
INSERT INTO users (name, age) VALUES ('新用戶', 25); -- 阻塞，直到事務(wù)A提交

串行化（Serializable）是指事務(wù)對數(shù)據(jù)的讀寫都是串行化的。

設(shè)置：SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE;
實(shí)現(xiàn)機(jī)制：完全摒棄 MVCC，退化為基于鎖的并發(fā)控制。所有讀操作都會(huì)加上共享鎖，讀寫操作會(huì)相互阻塞。一致性最好，但并發(fā)性能最差，像單線程執(zhí)行一樣。

余弦：為什么要隔離？

在并發(fā)環(huán)境下，如果不進(jìn)行任何隔離控制，并發(fā)事務(wù)會(huì)引發(fā)哪些問題？隔離級別本質(zhì)上就是為了解決這些問題而存在的。

臟讀 (Dirty Read)

一個(gè)事務(wù)讀到了另一個(gè)未提交事務(wù)修改的數(shù)據(jù)。如果另一個(gè)事務(wù)中途回滾，那么第一個(gè)事務(wù)讀到的數(shù)據(jù)就是“臟”的、無效的。

示例：

事務(wù) A 將賬戶余額從 100 元修改為 200 元（但未提交）。
此時(shí)事務(wù) B 讀取余額，得到了 200 元這個(gè)結(jié)果。
事務(wù) A 因某種原因回滾，余額恢復(fù)為 100 元。
事務(wù) B 之后的操作都是基于錯(cuò)誤的“200 元”余額進(jìn)行的。

圖片

不可重復(fù)讀 (Non-Repeatable Read)

一個(gè)事務(wù)內(nèi)，兩次讀取同一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，得到了不同的結(jié)果。重點(diǎn)在于另一個(gè)已提交事務(wù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改（UPDATE）。

示例：

事務(wù) A 第一次讀取賬戶余額為 100 元。
此時(shí)事務(wù) B 提交了修改，將余額更新為 150 元。
事務(wù) A 再次讀取余額，得到了 150 元。兩次讀取結(jié)果不一致。

圖片

幻讀 (Phantom Read)

一個(gè)事務(wù)內(nèi)，兩次執(zhí)行同一個(gè)查詢，返回的結(jié)果集行數(shù)不同。重點(diǎn)在于另一個(gè)已提交事務(wù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行了增刪（INSERT/DELETE），像產(chǎn)生了幻覺一樣。

示例：

事務(wù) A 第一次查詢年齡小于 30 歲的員工，返回了 10 條記錄。
此時(shí)事務(wù) B 提交了一個(gè)新操作，插入了一名 25 歲的員工記錄。
事務(wù) A 再次執(zhí)行相同的查詢，返回了 11 條記錄。

不可重復(fù)讀 vs 幻讀：

不可重復(fù)讀針對的是某一行數(shù)據(jù)的值被修改（UPDATE）。
幻讀針對的是結(jié)果集的行數(shù)發(fā)生變化（INSERT/DELETE）。

SQL 標(biāo)準(zhǔn)下的四種事務(wù)隔離級別

為了解決上述問題，SQL 標(biāo)準(zhǔn)定義了四種隔離級別，嚴(yán)格程度從低到高。級別越高，能解決的問題越多，但并發(fā)性能通常越低。

隔離級別	臟讀	不可重復(fù)讀	幻讀
讀未提交 (Read Uncommitted)	? 可能	? 可能	? 可能
讀已提交 (Read Committed)	? 避免	? 可能	? 可能
可重復(fù)讀 (Repeatable Read)	? 避免	? 避免	? 可能
串行化 (Serializable)	? 避免	? 避免	? 避免

注意：在 MySQL 的 InnoDB 引擎中，通過 Next-Key Locking 技術(shù)，在可重復(fù)讀（Repeatable Read） 隔離級別下就已經(jīng)可以避免絕大部分的幻讀現(xiàn)象。
這是 MySQL 對標(biāo)準(zhǔn)隔離級別的增強(qiáng)，也是其默認(rèn)使用該級別的重要原因。

另外，還有兩個(gè)概念你需要掌握：

快照讀：快照讀就是在事務(wù)開始的時(shí)候創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)據(jù)的快照，在整個(gè)事務(wù)過程中都讀這個(gè)快照；
當(dāng)前讀，則是每次都去讀最新數(shù)據(jù)。MySQL 在可重復(fù)讀這個(gè)隔離級別下，查詢的執(zhí)行效果和快照讀非常接近。

責(zé)任編輯：武曉燕來源：碼哥跳動(dòng)