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MySQL多版本并发控制机制(MVCC)源码浅析

隔离性也可以被称作并发控制、可串行化等。谈到并发控制首先想到的就是锁,MySQL通过使用两阶段锁的方式实现了更新的可串行化,同时为了加速查询性能,采用了MVCC(Multi Version Concurrency Control)的机制,使得不用锁也可以获取一致性的版本。

作者:佚名来源:数据分析与开发|2018-08-20 16:00

前言

作为一个数据库爱好者,自己动手写过简单的SQL解析器以及存储引擎,但感觉还是不够过瘾。<<事务处理-概念与技术>>诚然讲的非常透彻,但只能提纲挈领,不能让你玩转某个真正的数据库。感谢cmake,能够让我在mac上用xcode去debug MySQL,从而能去领略它的各种实现细节。

笔者一直对数据库的隔离性很好奇,此篇博客就是我debug MySQL过程中的偶有所得。

(注:本文的MySQL采用的是MySQL-5.6.35版本)

MVCC(多版本并发控制机制)

隔离性也可以被称作并发控制、可串行化等。谈到并发控制首先想到的就是锁,MySQL通过使用两阶段锁的方式实现了更新的可串行化,同时为了加速查询性能,采用了MVCC(Multi Version Concurrency Control)的机制,使得不用锁也可以获取一致性的版本。

Repeatable Read

MySQL的通过MVCC以及(Next-Key Lock)实现了可重复读(Repeatable Read),其思想(MVCC)就是记录数据的版本变迁,通过精巧的选择不同数据的版本从而能够对用户呈现一致的结果。如下图所示:

上图中,(A=50|B=50)的初始版本为1。

1.事务t1在select A时候看到的版本为1,即A=50

2.事务t2对A和B的修改将版本升级为2,即A=0,B=100

3.事务t1再此select B的时候看到的版本还是1, 即B=50

这样就隔离了版本的影响,A+B始终为100。

Read Commit

而如果不通过版本控制机制,而是读到最近提交的结果的话,则隔离级别是read commit,如下图所示:

在这种情况下,就需要使用锁机制(例如select for update)将此A,B记录锁住,从而获得正确的一致结果,如下图所示:

MVCC的优势

当我们要对一些数据做一些只读操作来检查一致性,例如检查账务是否对齐的操作时候,并不希望加上对性能损耗很大的锁。这时候MVCC的一致性版本就有很大的优势了。

MVCC(实现机制)

本节就开始谈谈MVCC的实现机制,注意MVCC仅仅在纯select时有效(不包括select for update,lock in share mode等加锁操作,以及updateinsert等)。

select运行栈

首先我们追踪一下一条普通的查询sql在mysql源码中的运行过程,sql为(select * from test);

其运行栈为:

由于mysql默认隔离级别是repeatable_read(RR),所以read_record重载为 rr_sequential(当前我们并不关心select通过index扫描出row之后再通过condition过滤的过程)。继续追踪:

让我们看下该函数内部: 

  1. bool lock_clust_rec_cons_read_sees(const rec_t* rec /*由innodb扫描出来的一行*/,....){  
  2. ...  
  3. // 从当前扫描的行中获取其最后修改的版本trx_id(事务id)  
  4. trx_id = row_get_rec_trx_id(rec, index, offsets);  
  5. // 通过参数(一致性快照视图和事务id)决定看到的行快照  
  6. return(read_view_sees_trx_id(view, trx_id));  

read_view的创建过程

我们先关注一致性视图的创建过程,我们先看下read_view结构:

然后通过debug,发现创建read_view结构也是在上述的rr_sequential中操作的,继续跟踪调用栈:

我们看下row_search_for_mysql里的一个分支: 

  1. row_search_for_mysql:  
  2. // 这边只有select不加锁模式的时候才会创建一致性视图  
  3. else if (prebuilt->select_lock_type == LOCK_NONE) { // 创建一致性视图  
  4. trx_assign_read_view(trx);  
  5. prebuilt->sql_stat_start = FALSE 

上面的注释就是select for update(in share model)不会走MVCC的原因。让我们进一步分析trx_assign_read_view函数:

好了,终于到了创建read_view的主要阶段,主要过程如下图所示:

代码过程为:

行版本可见性:

由上面的lock_clust_rec_cons_read_sees可知,行版本可见性由read_view_sees_trx_id函数判断:

其实上述函数就是一个二分法,read_view其实保存的是当前活跃事务的所有事务id,如果当前行版本对应修改的事务id不在当前活跃事务里面的话,就返回true,表示当前版本可见,否则就是不可见,如下图所示。

接上述lock_clust_rec_cons_read_sees的返回:

undolog搜索可见版本的过程

我们现在考察一下row_sel_build_prev_vers_for_mysql函数: 

  1. row_sel_build_prev_vers_for_mysql  
  2. |-row_vers_build_for_consistent_read 

主要是调用了row_ver_build_for_consistent_read方法返回可见版本:

整个过程如下图所示:

至于undolog怎么恢复出对应版本的row记录就又是一个复杂的过程了,由于篇幅原因,在此略过不表。

read_view创建时机再讨论

在创建一致性视图的row_search_for_mysql的代码中

trx_assign_read_view中由这么一段代码

所以综合这两段代码,即在一个事务中,只有第一次运行select(不加锁)的时候才会创建一致性视图,如下图所示:

笔者构造了此种场景模拟过,确实如此。

MVCC和锁的同时作用导致的一些现象

MySQL是通过MVCC和二阶段锁(2PL)来兼顾性能和一致性的,但是由于MySQL仅仅在select时候才创建一致性视图,而在update等加锁操作的时候并不做如此操作,所以就会产生一些诡异的现象。如下图所示:

如果理解了update不走一致性视图(read_view),而select走一致性视图(read_view),就可以很好解释这个现象。 如下图所示:

总结

MySQL为了兼顾性能和ACID使用了大量复杂的机制,2PL(两阶段锁)和MVCC就是其实现的典型。幸好可以通过xcode等IDE进行方便的debug,这样就可以非常精确加便捷的追踪其各种机制的实现。希望这篇文章能够帮助到喜欢研究MySQL源码的读者们。

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【责任编辑:庞桂玉 TEL:(010)68476606】

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