大家好，我是來(lái)自JDL京東物流技術(shù)發(fā)展部邢煥杰， 今天來(lái)分享一個(gè)京東面試真題，這也是我前陣子聽(tīng)我工位旁邊高T（高，實(shí)在是高）面試候選人的時(shí)候問(wèn)的一個(gè)問(wèn)題，他問(wèn)，你能說(shuō)說(shuō) MySQL的事務(wù)嗎？MVCC有了解嗎？話不多說(shuō)，本文就深度解析一下MySQL事務(wù)及MVCC的實(shí)現(xiàn)原理。

事務(wù)定義及四大特性

• 事務(wù)是什么？

  就是用戶定義的一系列數(shù)據(jù)庫(kù)操作，這些操作可以視為一個(gè)完成的邏輯處理工作單元，要么全部執(zhí)行，要么全部不執(zhí)行，是不可分割的工作單元。

• 事務(wù)的四大特性（簡(jiǎn)稱ACID）：

  • 原子性（Atomicity）：一個(gè)事務(wù)是一個(gè)不可分割的工作單位，事務(wù)中包括的操作要么都做，要么都不做。
  • 一致性（Consistency）：事務(wù)必須是使數(shù)據(jù)庫(kù)從一個(gè)一致性狀態(tài)變到另一個(gè)一致性狀態(tài)。一致性與原子性是密切相關(guān)的。
  • 隔離性（Isolation）：一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)干擾。即一個(gè)事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對(duì)并發(fā)的其他事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個(gè)事務(wù)之間不能互相干擾.
  • 持久性（Durability）：指一個(gè)事務(wù)一旦提交，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的改變就應(yīng)該是永久性的,接下來(lái)的其他操作或故障不應(yīng)該對(duì)其有任何影響。

事務(wù)中常見(jiàn)問(wèn)題

• 臟讀（dirty read）：就是一個(gè)A事務(wù)即便沒(méi)有提交，它對(duì)數(shù)據(jù)的修改也可以被其他事務(wù)B事務(wù)看到，B事務(wù)讀到了A事務(wù)還未提交的數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)有可能是錯(cuò)的，有可能A不想提交這個(gè)數(shù)據(jù)，這只是A事務(wù)修改數(shù)據(jù)過(guò)程中的一個(gè)中間數(shù)據(jù)，但是被B事務(wù)讀到了，這種行為被稱作臟讀，這個(gè)數(shù)據(jù)被稱為臟數(shù)據(jù)

• 不可重復(fù)讀（non-repeatable read）：在A事務(wù)內(nèi)，多次讀取同一個(gè)數(shù)據(jù)，但是讀取的過(guò)程中，B事務(wù)對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了修改，導(dǎo)致此數(shù)據(jù)變化了，那么A事務(wù)再次讀取的時(shí)候，數(shù)據(jù)就和第一次讀取的時(shí)候不一樣了，這就叫做不可重復(fù)讀

• 幻讀（phantom read）：A事務(wù)多次查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)查詢的數(shù)據(jù)條數(shù)不一樣，A事務(wù)多次查詢的間隔中，B事務(wù)又寫入了一些符合查詢條件的多條數(shù)據(jù)（這里的寫入可以是update，insert，delete），A事務(wù)再查的話，就像發(fā)生了幻覺(jué)一樣，怎么突然改變了這么多，這種現(xiàn)象這就叫做幻讀

隔離級(jí)別——產(chǎn)生問(wèn)題的原因

多個(gè)事務(wù)互相影響，并沒(méi)有隔離好，就是我們剛才提到的事務(wù)的四大特性中的 隔離性（Isolation） 出現(xiàn)了問(wèn)題 事務(wù)的隔離級(jí)別并沒(méi)有設(shè)置好，下面我們來(lái)看下事務(wù)究竟有哪幾種隔離級(jí)別

• 隔離級(jí)別
  • 讀未提交（read uncommitted RU）： 一個(gè)事務(wù)還沒(méi)提交時(shí)，它做的變更就能被別的事務(wù)看到
  • 讀提交（read committed RC）： 一個(gè)事務(wù)提交之后，它做的變更才會(huì)被其他事務(wù)看到。
  • 可重復(fù)讀（repeatable read RR）： 一個(gè)事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中看到的數(shù)據(jù)，總是跟這個(gè)事務(wù)在啟動(dòng)時(shí)看到的數(shù)據(jù)是一致的。當(dāng)然在可重復(fù)讀隔離級(jí)別下，未提交變更對(duì)其他事務(wù)也是不可見(jiàn)的。
  • 串行化（serializable ）： 顧名思義是對(duì)于同一行記錄，“寫”會(huì)加“寫鎖”，“讀”會(huì)加“讀鎖”。當(dāng)出現(xiàn)讀寫鎖沖突的時(shí)候，后訪問(wèn)的事務(wù)必須等前一個(gè)事務(wù)執(zhí)行完成，才能繼續(xù)執(zhí)行。

我們來(lái)看個(gè)例子，更加直觀的了解這四種隔離級(jí)別和上述問(wèn)題臟讀，不可重復(fù)讀，幻讀的關(guān)系

下面我們討論下當(dāng)事務(wù)處于不同隔離級(jí)別情況時(shí)，V1,V2,V3分別是什么不同的值吧

• 讀未提交 (RU)： A事務(wù)可以讀取到B事務(wù)修改的值，即便B事務(wù)沒(méi)有提交。所以V1就是200

  • V1 : 200
  • V2 : 200
  • V3 : 200

• 讀提交（RC）： 當(dāng)B事務(wù)沒(méi)有提交的時(shí)候，A事務(wù)不可以看到B事務(wù)修改的值，只有提交以后才可以看到

  • V1 : 100
  • V2 : 200
  • V3 : 200

• 可重復(fù)讀（RR）： A事務(wù)多次讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總和第一次讀取的一樣，

  • V1 : 100
  • V2 : 100
  • V3 : 200

• 串行化（S）： 事務(wù)A在執(zhí)行的時(shí)候，事務(wù)B會(huì)被鎖住，等事務(wù)A執(zhí)行結(jié)束后，事務(wù)B才可以繼續(xù)執(zhí)行

  • V1 : 100
  • V2 : 100
  • V3 : 200

MVCC原理

MVCC（Multi-Version Concurrency Control）多版本并發(fā)控制，是數(shù)據(jù)庫(kù)控制并發(fā)訪問(wèn)的一種手段。

• 特別要注意MVCC只在 讀已提交(RC) 和 可重復(fù)度（RR） 這兩種事務(wù)隔離級(jí)別下才有效
• 是 數(shù)據(jù)庫(kù)引擎（InnoDB） 層面實(shí)現(xiàn)的，用來(lái)處理讀寫沖突的手段（不用加鎖），提高訪問(wèn)性能

MVCC是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？它靠的就是版本鏈和一致性視圖

1. 版本鏈

• 版本鏈?zhǔn)且粭l鏈表，鏈接的是每條數(shù)據(jù)曾經(jīng)的修改記錄

那么這個(gè)版本鏈又是如何形成的呢，每條數(shù)據(jù)又是靠什么鏈接起來(lái)的呢？

其實(shí)是這樣的，對(duì)于InnoDB存儲(chǔ)引擎的表來(lái)說(shuō)，它的聚簇索引記錄包含兩個(gè)隱藏字段

• trx_id: 存儲(chǔ)修改此數(shù)據(jù)的事務(wù)id，只有這個(gè)事務(wù)操作了某些表的數(shù)據(jù)后當(dāng)更改操作發(fā)生的時(shí)候（update,delete,insert），才會(huì)分配唯一的事務(wù)id,并且此事務(wù)id是遞增的
• roll_pointer: 指針，指向上一次修改的記錄
• row_id(非必須): 當(dāng)有主鍵或者有不允許為null的unique鍵時(shí)，不包含此字段

假如說(shuō)當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)有一條這樣的數(shù)據(jù)，假設(shè)是事務(wù)ID為100的事務(wù)插入的這條數(shù)據(jù)，那么此條數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)如下：

后來(lái)，事務(wù)200，事務(wù)300，分別來(lái)修改此數(shù)據(jù)：  

所以此時(shí)的版本鏈如下：

我們每更改一次數(shù)據(jù)，就會(huì)插入一條undo日志，并且記錄的roll_pointer指針會(huì)指向上一條記錄，如圖所示：

1. 第一條數(shù)據(jù)是小杰，事務(wù)ID為100
2. 事務(wù)ID為200的事務(wù)將名稱從小杰改為了A
3. 事務(wù)ID為200的事務(wù)將名稱從A又改為了B
4. 事務(wù)ID為300的事務(wù)將名稱從B又改為了C

所以串成的鏈表就是 C -> B -> A -> 小杰 （從最新的數(shù)據(jù)到最老的數(shù)據(jù)）

2. 一致性視圖（ReadView）

需要判斷版本鏈中的哪個(gè)版本是是當(dāng)前事務(wù)可見(jiàn)的，因此有了一致性視圖的概念。其中有四個(gè)屬性比較重要

• m_ids: 在生成ReadView時(shí)，當(dāng)前活躍的讀寫事務(wù)的事務(wù)id列表
• min_trx_id: m_ids的最小值
• max_trx_id: m_ids的最大值+1
• creator_trx_id: 生成該事務(wù)的事務(wù)id，單純開(kāi)啟事務(wù)是沒(méi)有事務(wù)id的，默認(rèn)為0，creator_trx_id是0。

版本鏈中的當(dāng)前版本是否可以被當(dāng)前事務(wù)可見(jiàn)的要根據(jù)這四個(gè)屬性按照以下幾種情況來(lái)判斷

• 當(dāng) trx_id = creator_trx_id 時(shí):當(dāng)前事務(wù)可以看見(jiàn)自己所修改的數(shù)據(jù)， 可見(jiàn)，
• 當(dāng) trx_id < min_trx_id 時(shí)   : 生成此數(shù)據(jù)的事務(wù)已經(jīng)在生成readView前提交了， 可見(jiàn)
• 當(dāng)  trx_id >= max_trx_id 時(shí)   :表明生成該數(shù)據(jù)的事務(wù)是在生成ReadView后才開(kāi)啟的， 不可見(jiàn)
• 當(dāng)  min_trx_id <= trx_id < max_trx_id 時(shí)
  • trx_id 在 m_ids 列表里面 ：生成ReadView時(shí)，活躍事務(wù)還未提交，不可見(jiàn)
  • trx_id 不在 m_ids 列表里面 ：事務(wù)在生成readView前已經(jīng)提交了，可見(jiàn)

如果某個(gè)版本數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前事務(wù)不可見(jiàn)，那么則要順著版本鏈繼續(xù)向前尋找下個(gè)版本，繼續(xù)這樣判斷，以此類推。

注：RR和RC生成一致性視圖的時(shí)機(jī)不一樣 （這也是兩種隔離級(jí)別實(shí)現(xiàn)的主要區(qū)別）

• 讀提交（read committed RC） 是在每一次select的時(shí)候生成ReadView的
• 可重復(fù)讀（repeatable read RR）是在第一次select的時(shí)候生成ReadView的

下面咱們一起來(lái)舉個(gè)例子實(shí)戰(zhàn)一下。

RR與RC和MVCC的例子實(shí)戰(zhàn)

假如說(shuō)，我們有多個(gè)事務(wù)如下執(zhí)行，我們通過(guò)這個(gè)例子來(lái)分析當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)隔離級(jí)別為RC和RR的情況下，當(dāng)時(shí)讀數(shù)據(jù)的一致性視圖和版本鏈，也就是MVCC，分別是怎么樣的。

• 假設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)中有一條初始數(shù)據(jù)  姓名是java小杰要加油，id是1 （id,姓名,trx_id,roll_point），插入此數(shù)據(jù)的事務(wù)id是1
• 尤其要指出的是，只有這個(gè)事務(wù)操作了某些表的數(shù)據(jù)后當(dāng)更改操作發(fā)生的時(shí)候（update,delete,insert），才會(huì)分配唯一的事務(wù)id,并且此事務(wù)id是遞增的，單純開(kāi)啟事務(wù)是沒(méi)有事務(wù)id的，默認(rèn)為0，creator_trx_id是0。
• 以下例子中的A,B,C的意思是將姓名更改為A,B,C 讀也是讀取當(dāng)前時(shí)刻的姓名,默認(rèn)全都開(kāi)啟事務(wù),并且此事務(wù)都經(jīng)歷過(guò)某些操作產(chǎn)生了事務(wù)id  

讀已提交（RC）與MVCC  

 

 

一個(gè)事務(wù)提交之后，它做的變更才會(huì)被其他事務(wù)看到  

 

 

 

每次讀的時(shí)候，ReadView(一致性視圖)都會(huì)重新生成

 

 

1. 當(dāng)T1時(shí)刻時(shí)，事務(wù)100修改名字為A
2. 當(dāng)T2時(shí)刻時(shí)，事務(wù)100修改名字為B
3. 當(dāng)T3時(shí)刻時(shí)，事務(wù)200修改名字為C
4. 當(dāng)T4時(shí)刻時(shí)，事務(wù)300開(kāi)始讀取名字 

 

 

此時(shí)這條數(shù)據(jù)的版本鏈如下： 

 

同顏色代表是同一事務(wù)內(nèi)的操作

   

 

 

來(lái)我們靜下心來(lái)好好分析一下此時(shí)T4時(shí)刻事務(wù)300要讀了，究竟會(huì)讀到什么數(shù)據(jù)？   

 

 

 

當(dāng)前最近的一條數(shù)據(jù)是，C，事務(wù)200修改的，還記得我們前文說(shuō)的一致性視圖的幾個(gè)屬性嗎，和按照什么規(guī)則判斷這個(gè)數(shù)據(jù)能不能被當(dāng)前事務(wù)讀。我們就分析這個(gè)例子。

此時(shí)  （生成一致性視圖ReadView） 

 

 

• m_ids 是[100,200]： 當(dāng)前活躍的讀寫事務(wù)的事務(wù)id列表

• min_trx_id 是 100：  m_ids的最小值

• max_trx_id 是 201： m_ids的最大值+1  

當(dāng)前數(shù)據(jù)的trx_id(事務(wù)id)是 200，符合min_trx_id<=trx_id<max_trx_id 此時(shí)需要判斷 trx_id 是否在m_ids活躍事務(wù)列表里面，一看，活躍事務(wù)列表里面是【100，200】，只有兩個(gè)事務(wù)活躍，而此時(shí)的trx_id是200，則trx_id在活躍事務(wù)列表里面，活躍事務(wù)列表代表還未提交的事務(wù)，所以該版本數(shù)據(jù)不可見(jiàn)，就要根據(jù)roll_point指針指向上一個(gè)版本，繼續(xù)這樣的判斷，上一個(gè)版本事務(wù)id是100，數(shù)據(jù)是B，發(fā)現(xiàn)100也在活躍事務(wù)列表里面，所以不可見(jiàn)，繼續(xù)找到上個(gè)版本，事務(wù)是100，數(shù)據(jù)是A，發(fā)現(xiàn)是同樣的情況，繼續(xù)找到上個(gè)版本，發(fā)現(xiàn)事務(wù)是1，數(shù)據(jù)是小杰，1小于100，trx_id<min_trx_id，代表生成這個(gè)數(shù)據(jù)的事務(wù)已經(jīng)在生成ReadView前提交了，此數(shù)據(jù)可以被讀到。所以讀取的數(shù)據(jù)就是小杰。

分析完第一個(gè)讀，我們繼續(xù)向下分析

5. 當(dāng)T5時(shí)刻時(shí)，事務(wù)100提交
6. 當(dāng)T6時(shí)刻時(shí)，事務(wù)300將名字改為D
7. 當(dāng)T7時(shí)刻時(shí)，事務(wù)400讀取當(dāng)前數(shù)據(jù) 

 

 

此時(shí)這條數(shù)據(jù)的版本鏈如下： 

 

此時(shí) （重新生成一致性視圖ReadView）

• • m_ids 是[200,300]： 當(dāng)前活躍的讀寫事務(wù)的事務(wù)id列表
  • min_trx_id 是 200：  m_ids的最小值
  • max_trx_id 是 301： m_ids的最大值+1

當(dāng)前數(shù)據(jù)事務(wù)id是300，數(shù)據(jù)為D，符合min_trx_id<=trx_id<max_trx_id 此時(shí)需要判斷數(shù)據(jù)是否在活躍事務(wù)列表里，300在這里面，所以就是還未提交的事務(wù)就是不可見(jiàn)，所以就去查看上個(gè)版本的數(shù)據(jù)，上個(gè)版本事務(wù)id是200，數(shù)據(jù)是C，也在活躍事務(wù)列表里面，也不可見(jiàn)，繼續(xù)向上個(gè)版本找，上個(gè)版本事務(wù)id是100，數(shù)據(jù)是B，100小于min_trx_id，就代表，代表生成這個(gè)數(shù)據(jù)的事務(wù)已經(jīng)在生成ReadView前提交了，此數(shù)據(jù)可見(jiàn)，所以讀取出來(lái)的數(shù)據(jù)就是B。

分析完第二個(gè)讀，我們繼續(xù)向下分析

8. 當(dāng)T8時(shí)刻時(shí)，事務(wù)200將名字改為E
9. 當(dāng)T9時(shí)刻時(shí)，事務(wù)200提交
10. 當(dāng)T10時(shí)刻時(shí)，事務(wù)300讀取當(dāng)前數(shù)據(jù)  

 此時(shí)這條數(shù)據(jù)的版本鏈如下：  

此時(shí) （重新生成一致性視圖ReadView）

• • m_ids 是[300]： 當(dāng)前活躍的讀寫事務(wù)的事務(wù)id列表
  • min_trx_id 是 300：  m_ids的最小值
  • max_trx_id 是 301： m_ids的最大值+1

當(dāng)前事務(wù)id是200，200<min_trx_id ,代表生成這個(gè)數(shù)據(jù)的事務(wù)已經(jīng)在生成ReadView前提交了，此數(shù)據(jù)可見(jiàn)，所以讀出的數(shù)據(jù)就是E。

當(dāng)隔離級(jí)別是讀已提交RC的情況下，每次讀都會(huì)重新生成 一致性視圖（ReadView）

• T4時(shí)刻 事務(wù)300讀取到的數(shù)據(jù)是小杰
• T7時(shí)刻 事務(wù)400讀取到的數(shù)據(jù)是B
• T10時(shí)刻 事務(wù)300讀取到的數(shù)據(jù)是E

可重復(fù)讀（RR）與MVCC   

 

 

一個(gè)事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中看到的數(shù)據(jù)，總是跟這個(gè)事務(wù)在啟動(dòng)時(shí)看到的數(shù)據(jù)是一致的   

 

 

 

所以對(duì)于事務(wù)300來(lái)講，它分別在T4和T10的時(shí)候，讀取數(shù)據(jù)，但是它的一致性視圖，用的永遠(yuǎn)都是第一次讀取時(shí)的視圖，就是T3時(shí)刻產(chǎn)生的一致性視圖 

 

 

RR和RC的版本鏈?zhǔn)且粯拥?，但是判斷?dāng)前數(shù)據(jù)可見(jiàn)與否用到的一致性視圖不一樣

在此可重復(fù)讀RR隔離級(jí)別下，

1. T4時(shí)刻時(shí)事務(wù)300第一次讀時(shí)的分析和結(jié)果與RC都一樣，可以見(jiàn)上文分析與結(jié)果
2. T7時(shí)刻時(shí)事務(wù)400第一次讀時(shí)的分析和結(jié)果與RC都一樣，可以見(jiàn)上文分析與結(jié)果
3. T10時(shí)刻時(shí)事務(wù)300第二次讀時(shí)的一致性視圖和第一次讀時(shí)的一樣，所以此時(shí)到底讀取到什么數(shù)據(jù)就要重新分析了

此時(shí)  （用的是第一次讀時(shí)生成的一致性視圖ReadView）

• • m_ids 是[100,200]： 當(dāng)前活躍的讀寫事務(wù)的事務(wù)id列表
  • min_trx_id 是 100：  m_ids的最小值
  • max_trx_id 是 201： m_ids的最大值+1

此時(shí)的版本鏈?zhǔn)?/p>

當(dāng)前數(shù)據(jù)的事務(wù)id是200，數(shù)據(jù)是E，在當(dāng)前事務(wù)活躍列表里面，所以數(shù)據(jù)不可見(jiàn)，根據(jù)回滾指針找到上個(gè)版本，發(fā)現(xiàn)事務(wù)id是300，當(dāng)前事務(wù)也是300，可見(jiàn)，所以讀取的數(shù)據(jù)是D  

 

 

我們可以自己思考下，要是沒(méi)有事務(wù)300這條更改的這條記錄，又該怎么繼續(xù)向下分析呢？ 

 

 

當(dāng)隔離級(jí)別是可重復(fù)讀RR的情況下，每次讀都會(huì)用第一次讀取數(shù)據(jù)時(shí)生成的一致性視圖（ReadView）

• T4時(shí)刻 事務(wù)300讀取到的數(shù)據(jù)是小杰
• T7時(shí)刻 事務(wù)400讀取到的數(shù)據(jù)是B
• T10時(shí)刻 事務(wù)300讀取到的數(shù)據(jù)是D