詳解MySQL多版本并發控制機制(MVCC)源碼
作為一個數據庫愛好者，自己動手寫過簡單的SQL解析器以及存儲引擎，但感覺還是不夠過癮。<<事務處理-概念與技術>>誠然講的非常透徹，但只能提綱挈領，不能讓你玩轉某個真正的數據庫。感謝cmake,能夠讓我在mac上用xcode去debug MySQL,從而能去領略它的各種實現細節。
(注:本文的MySQL采用的是MySQL-5.6.35版本)
二、MVCC(多版本并發控制機制)隔離性也可以被稱作并發控制、可串行化等。談到并發控制首先想到的就是鎖，MySQL通過使用兩階段鎖的方式實現了更新的可串行化，同時為了加速查詢性能，采用了MVCC(Multi Version Concurrency Control)的機制，使得不用鎖也可以獲取一致性的版本。
2.1、Repeatable ReadMySQL的通過MVCC以及(Next-Key Lock)實現了可重復讀(Repeatable Read),其思想(MVCC)就是記錄數據的版本變遷，通過精巧的選擇不同數據的版本從而能夠對用戶呈現一致的結果。如下圖所示:
上圖中，(A=50|B=50)的初始版本為1。
1.事務t1在select A時候看到的版本為1，即A=50
2.事務t2對A和B的修改將版本升級為2,即A=0,B=100
3.事務t1再此select B的時候看到的版本還是1, 即B=50
這樣就隔離了版本的影響，A+B始終為100。
2.2、Read Commit而如果不通過版本控制機制，而是讀到最近提交的結果的話，則隔離級別是read commit,如下圖所示:
在這種情況下，就需要使用鎖機制(例如select for update)將此A,B記錄鎖住，從而獲得正確的一致結果,如下圖所示：
當我們要對一些數據做一些只讀操作來檢查一致性，例如檢查賬務是否對齊的操作時候，并不希望加上對性能損耗很大的鎖。這時候MVCC的一致性版本就有很大的優勢了。
三、MVCC(實現機制)本節就開始談談MVCC的實現機制,注意MVCC僅僅在純select時有效(不包括select for update,lock in share mode等加鎖操作,以及updateinsert等)。
3.1、select運行棧首先我們追蹤一下一條普通的查詢sql在mysql源碼中的運行過程,sql為(select * from test);
其運行棧為:
handle_one_connection MySQL的網絡模型是one request one thread
|-do_handle_one_connection
|-do_command
|-dispatch_command
|-mysql_parse解析SQL
|-mysql_execute_command
|-execute_sqlcom_select執行select語句
|-handle_select
...一堆parse join 等的操作，當前并不關心
|-*tab->read_record.read_record 讀取記錄
由于mysql默認隔離級別是repeatable_read(RR),所以read_record重載為rr_sequential(當前我們并不關心select通過index掃描出row之后再通過condition過濾的過程)。繼續追蹤:
read_record
|-rr_sequential
|-ha_rnd_next
|-ha_innobase::rnd_next 這邊就已經到了innodb引擎了
|-general_fetch
|-row_search_for_mysql
|-lock_clust_rec_cons_read_sees 這邊就是判斷并選擇版本的地方
讓我們看下該函數內部:
bool lock_clust_rec_cons_read_sees(const rec_t* rec /*由innodb掃描出來的一行*/,....){...// 從當前掃描的行中獲取其最后修改的版本trx_id(事務id)trx_id = row_get_rec_trx_id(rec, index, offsets);// 通過參數(一致性快照視圖和事務id)決定看到的行快照return(read_view_sees_trx_id(view, trx_id));}3.2、read_view的創建過程
我們先關注一致性視圖的創建過程,我們先看下read_view結構:
struct read_view_t{// 由于是逆序排列，所以low/up有所顛倒// 能看到當前行版本的高水位標識,>= low_limit_id皆不能看見trx_id_tlow_limit_id;// 能看到當前行版本的低水位標識,< up_limit_id皆能看見trx_id_tup_limit_id;// 當前活躍事務(即未提交的事務)的數量ulintn_trx_ids;// 以逆序排列的當前獲取活躍事務id的數組// 其up_limit_id<tx_id<low_limit_idtrx_id_t*trx_ids;// 創建當前視圖的事務idtrx_id_tcreator_trx_id;// 事務系統中的一致性視圖鏈表UT_LIST_NODE_T(read_view_t) view_list;};
然后通過debug，發現創建read_view結構也是在上述的rr_sequential中操作的，繼續跟蹤調用棧:
rr_sequential
|-ha_rnd_next
|-rnd_next
|-index_first 在start_of_scan為true時候走當前分支index_first
|-index_read
|-row_search_for_mysql
|-trx_assign_read_view
我們看下row_search_for_mysql里的一個分支:
row_search_for_mysql:// 這邊只有select不加鎖模式的時候才會創建一致性視圖else if (prebuilt->select_lock_type == LOCK_NONE) {// 創建一致性視圖trx_assign_read_view(trx);prebuilt->sql_stat_start = FALSE;}
上面的注釋就是select for update(in share model)不會走MVCC的原因。讓我們進一步分析trx_assign_read_view函數:
trx_assign_read_view
|-read_view_open_now
|-read_view_open_now_low
好了，終于到了創建read_view的主要階段,主要過程如下圖所示:
代碼過程為:
static read_view_t* read_view_open_now_low(trx_id_tcr_trx_id,mem_heap_t*heap){read_view_t*view;// 當前事務系統中max_trx_id(即尚未被分配的trx_id)設置為low_limit_noview->low_limit_no = trx_sys->max_trx_id;view->low_limit_id = view->low_limit_no;// CreateView構造函數，會將非當前事務和已經在內存中提交的事務給剔除，即判斷條件為// trx->id != m_view->creator_trx_id&& !trx_state_eq(trx, TRX_STATE_COMMITTED_IN_MEMORY)的// 才加入當前視圖列表ut_list_map(trx_sys->rw_trx_list, &trx_t::trx_list, CreateView(view));if (view->n_trx_ids > 0) {// 將當前事務系統中的最小id設置為up_limit_id,因為是逆序排列view->up_limit_id = view->trx_ids[view->n_trx_ids - 1];} else {// 如果當前沒有非當前事務之外的活躍事務，則設置為low_limit_idview->up_limit_id = view->low_limit_id;}// 忽略purge事務，purge時，當前事務id是0if (cr_trx_id > 0) {read_view_add(view);}// 返回一致性視圖return(view);}3.3、行版本可見性
由上面的lock_clust_rec_cons_read_sees可知,行版本可見性由read_view_sees_trx_id函數判斷:
/*********************************************************************//**Checks if a read view sees the specified transaction.@returntrue if sees */UNIV_INLINEboolread_view_sees_trx_id(/*==================*/const read_view_t*view,/*!< in: read view */trx_id_ttrx_id)/*!< in: trx id */{if (trx_id < view->up_limit_id) {return(true);} else if (trx_id >= view->low_limit_id) {return(false);} else {ulintlower = 0;ulintupper = view->n_trx_ids - 1;ut_a(view->n_trx_ids > 0);do {ulintmid= (lower + upper) >> 1;trx_id_tmid_id= view->trx_ids[mid];if (mid_id == trx_id) {return(FALSE);} else if (mid_id < trx_id) {if (mid > 0) {upper = mid - 1;} else {break;}} else {lower = mid + 1;}} while (lower <= upper);}return(true);}
其實上述函數就是一個二分法，read_view其實保存的是當前活躍事務的所有事務id,如果當前行版本對應修改的事務id不在當前活躍事務里面的話，就返回true,表示當前版本可見，否則就是不可見,如下圖所示。
接上述lock_clust_rec_cons_read_sees的返回:
if (UNIV_LIKELY(srv_force_recovery < 5) && !lock_clust_rec_cons_read_sees( rec, index, offsets, trx->read_view)){// 當前處理的是當前版本不可見的情況// 通過undolog來返回到一致的可見版本err = row_sel_build_prev_vers_for_mysql(trx->read_view, clust_index,prebuilt, rec, &offsets, &heap,&old_vers, &mtr); } else{// 可見，然后返回}3.4、undolog搜索可見版本的過程
我們現在考察一下row_sel_build_prev_vers_for_mysql函數:
row_sel_build_prev_vers_for_mysql
|-row_vers_build_for_consistent_read
主要是調用了row_ver_build_for_consistent_read方法返回可見版本:
dberr_t row_vers_build_for_consistent_read(...){......for(;;){err = trx_undo_prev_version_build(rec, mtr,version,index,*offsets, heap,&prev_version);......trx_id = row_get_rec_trx_id(prev_version, index, *offsets);// 如果當前row版本符合一致性視圖，則返回if (read_view_sees_trx_id(view, trx_id)) {......break;}// 如果當前row版本不符合，則繼續回溯上一個版本(回到for循環的地方)version = prev_version;}......}
整個過程如下圖所示:
至于undolog怎么恢復出對應版本的row記錄就又是一個復雜的過程了，由于篇幅原因，在此略過不表。
3.5、read_view創建時機再討論在創建一致性視圖的row_search_for_mysql的代碼中
// 只有非鎖模式的select才創建一致性視圖else if (prebuilt->select_lock_type == LOCK_NONE) {// 創建一致性視圖trx_assign_read_view(trx);prebuilt->sql_stat_start = FALSE;}
trx_assign_read_view中由這么一段代碼
// 一致性視圖在一個事務只創建一次if (!trx->read_view) {trx->read_view = read_view_open_now(trx->id, trx->global_read_view_heap);trx->global_read_view = trx->read_view;}
所以綜合這兩段代碼，即在一個事務中，只有第一次運行select(不加鎖)的時候才會創建一致性視圖,如下圖所示:
筆者構造了此種場景模擬過，確實如此。
四、MVCC和鎖的同時作用導致的一些現象MySQL是通過MVCC和二階段鎖(2PL)來兼顧性能和一致性的，但是由于MySQL僅僅在select時候才創建一致性視圖，而在update等加鎖操作的時候并不做如此操作，所以就會產生一些詭異的現象。如下圖所示:
如果理解了update不走一致性視圖(read_view)，而select走一致性視圖(read_view)，就可以很好解釋這個現象。如下圖所示:
MySQL為了兼顧性能和ACID使用了大量復雜的機制，2PL(兩階段鎖)和MVCC就是其實現的典型。幸好可以通過xcode等IDE進行方便的debug，這樣就可以非常精確加便捷的追蹤其各種機制的實現。希望這篇文章能夠幫助到喜歡研究MySQL源碼的讀者們。
以上就是詳解MySQL多版本并發控制機制(MVCC)源碼的詳細內容，更多關于MySQL 并發控制機制 MVCC的資料請關注好吧啦網其它相關文章！
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