mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的

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mob64ca1407d5aa 2024-01-12 09:48:39

文章标签 mysql事务隔离 mvcc 数据库 java 共享锁数据 文章分类 MySQL 数据库

文章目录

一、前言
二、MVCC 多版本并发控制

2.1 MVCC实现的宏观效果：什么能读取到，什么不能读取到(底层由readview一致性视图支持)
2.2 MVCC的底层支持，InnoDB为每个表提供了三个隐藏的字段以及事务id和删除版本号的使用

2.2.1 行记录三个隐藏字段的结构
2.2.2 行记录三个隐藏字段的应用

2.3 MVCC底层原理是read view,一致性视图

2.3.1 readview一致性视图的结构
2.3.2 readview一致性视图的应用

2.4 MVCC的局限

三、LBCC 基于锁的并发控制

3.1 从表锁到行锁

3.1.1 从表锁到行锁
3.1.2 表锁
3.1.2 行锁

3.2 四种基本锁(读共享锁+写独占锁+意向读共享锁+意向写独占锁)

3.2.1 读共享锁
3.2.2 写独占锁
3.2.3 意向读共享锁(表锁) + 意向写独占锁(表锁)
3.2.4 两个行锁锁住的实际是一行记录的索引

3.3 三种高级锁

3.3.1 记录锁 lock record （锁住命中的行记录）
3.3.2 间隙锁 gap record （锁住命中的范围）
3.3.3 临键锁 nextkey lock

3.4 四种隔离级别,哪种mvcc,哪种加锁

四、尾声

一、前言

事务的目的是要实现读一致性，有两种方法：加锁(基于锁的并发控制 LBCC) 和多版本并发控制MVCC，加锁就是四种隔离级别对应的锁。

基于锁的并发控制 LBCC：读取数据之前，对其加锁，阻止其他事务对数据进行修改；
多版本并发控制 MVCC: 生成一个数据请求时间点的一致性快照Snapshot,并用这个快照提供一定级别（语句级或事务级）的一致性读取。

二、MVCC 多版本并发控制

2.1 MVCC实现的宏观效果：什么能读取到，什么不能读取到(底层由readview一致性视图支持)

MVCC 多版本并发控制的效果：建立起一个快照，同一个事务无论查多少次都是同样的数据。

一个事务能看到的数据版本：
（1）在本次事务，第一次查询之前已经提交的事务的修改（事务ID比当前事务ID小，当前事务就可以看到）
（2）本次事务的修改（当前事务自己的修改，自己当然能看到）；

一个事务不能看到的数据版本：
（1）在本次事务，第一次查询之后提交的事务的修改（事务ID比当前事务ID大，当前事务无法看到）
（2）活跃的事务的修改 / 未提交的事务的修改（未提交的事务的修改，自然没有被记录下来，自然看不到）；

MVCC步骤如下：第一次查询就确定了快照版本，
能读取到，快照建立后创建的事务已提交的修改，不能读取到，快照建立后创建的事务
能读取到，当前自己事务的修改(包括未提交的)，不能读取到，其他事务未提交的修改；

2.2 MVCC的底层支持，InnoDB为每个表提供了三个隐藏的字段以及事务id和删除版本号的使用

2.2.1 行记录三个隐藏字段的结构

InnoDB为每个表提供了三个隐藏的字段，只要是innodb存储引擎的表，每个行记录都有这三个字段。

rowid 行标志：这个字段用户索引，任何表都有且仅有一个聚集索引，在innodb存储引擎中，索引即数据，数据即索引，聚集索引是一个 B+树，表示表数据的物理存储方式。那由什么来充当这个聚集索引呢？有主键，就用主键索引作为聚集索引，没有主键，就用唯一索引作为聚集索引，若没有主键，没有唯一索引，或者说没有任何索引，就用隐藏的rowid作为聚集索引。

trxid: 事务id，这个字段用于事务隔离级别的MVCC, insert或update会更新行记录的这个版本号。
rollPtr: 回滚指针，删除版本号，delete会更新这个行记录的版本号。

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_数据

2.2.2 行记录三个隐藏字段的应用

现在，让我们通过一个图来理解事务id和删除版本号

navicat打开一个会话，Transaction 1 插入两条数据，

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_mysql事务隔离 mvcc_02

Transaction 2 表示第一次查询就确定了快照版本，

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mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_mysql事务隔离 mvcc_04

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执行顺序为，

Transaction 1 插入两条数据

Transaction 2 查询

Transaction 3 新插入的第三条数据

Transaction 2 查询

Transaction 4 删除第二条数据

Transaction 2 查询

Transaction 5 修改第一条数据

Transaction 2 查询

Tranaction 2 第一次查询确定了快照版本之后，后面的无论 Transaction 3 新插入的第三条数据、 Transaction 4 删除第二条数据、Transaction 5 修改第一条数据，都不会影响查询结果，因为查找已经建立了，只能看到Transaction 1最初插入的两条数据。

2.3 MVCC底层原理是read view,一致性视图

MVCC底层原理是read view，一致性视图，这个read view决定当前事务中，哪两种可以访问，按两种不可访问。

对于MVCC，不同的表类型生成 read view 的时机有不同，

RR repeat read 可重复读: read view 是在事务第一次查询的时候建立（之后 read view 就不会变了）；
RC read commit 已提交读: read view 是在事务每次查询的时候建立（每次查询都重新生成一个 read view ）；

所以说，只有repeat read利用mvcc解决了幻读问题(update delete insert都无法影响到)。

2.3.1 readview一致性视图的结构

read view(一致性试图)结构，四个字段，一个readview里面有m_ids，存放多个事务id

m_ids是一个列表，可以理解为一个数组，里面存放的是未提交的事务id
min_trx_id 表示在 m_ids 数组里面最小的未提交的事务id
max_trx_id 表示在 m_ids 数组里面最大的未提交的事务id，也就是系统要分配的下一个事务的id
creator_trx_id 表示生成这个readview的事务的事务id

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_数据_06

2.3.2 readview一致性视图的应用

对于某个事务trx_id，如果这个trx_id=creator_trx_id，表示这个readview就是这个trx_id创建的，自然可以访问这个trx_id

对于某个事务trx_id，如果这个trx_id<min_trx_id，表示这个trx_id 比最小的未提交的事务id还小，表示这个事务id是已提交的，自然可以访问这个trx_id

对于某个事务trx_id，如果这个trx_id>max_trx_id，表示这个trx_id 比最大的未提交的事务id还大，表示这个事务id是未提交的，自然不可以访问这个trx_id

对于某个事务trx_id，如果这个max_trx_id > trx_id>min_trx_id，表示这个 trx_id 比在这个范围内，如果在 m_ids ,表示未提交，不可访问，如果不在 m_ids ，表示已提交，可以访问

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_共享锁_07

第一条，本事务，create view 第四个

第二条，前面是的事务，create view 第二个

第三条，后面的事务，create view 第三个

第四条，活跃(未提交)就不可以读取，create 第一个

2.4 MVCC的局限

MVCC(Multi-Version Concurrent Control)：多版本并发控制，只作用于RC和RR隔离级别。

repeat read特点：只保存第一次查询的视图；
repeat read优点：解决了幻读问题（第一次生成视图之后，不受 update/insert/delete 影响）；
repeat read缺点：不能查询到最新的实时数据。

MVCC的局限：对于RR repeat read 可重复读，只能保存第一次查询的视图，不能查询到最新的实时数据，要想实时查询到最新的实时数据，只能 LBCC ，就是加锁。

三、LBCC 基于锁的并发控制

从锁到事务的关系（锁 -> 读一致性 -> 事务隔离 -> 并发数据安全）：锁是读一致性的一种实现方案(另一种实现方案是MVCC)，读一致性能够实现事务隔离(实现了事务隔离就是提供了四种不同事务隔离级别)，事务隔离级别是事务的一大特性(保证并发下数据的安全性)。

通过数据库资源的不同粒度的划分，来阐述隔离性不同级别的实现。隔离级别的底层实现方式就是：数据库锁的不同级别导致资源互斥粒度的不同，依次是：表级锁，行级锁，读写分离锁，不加锁。

3.1 从表锁到行锁

3.1.1 从表锁到行锁

从表锁到行锁：MyISAM仅仅支持表锁，InnoDB支持表锁和行锁，行锁可以在保证数据读一致性的同时，带来更高的并发性能，这是InnoDB的进步。

表锁和行锁的区别：表锁粒度大，行锁效率高，行锁冲突概率小，行锁并发性能强，所以行锁优于表锁。

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_mysql事务隔离 mvcc_08

3.1.2 表锁

表锁就是直接锁表

lock tables 表名 read；

lock tables 表名 write；

unlock tables;

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_数据库_09

3.1.2 行锁

下面都是行级锁，因为只有行级锁才是InnoDB的精髓，在保证读一致性下实现了比较高的效率。

InnoDB行锁的分类（8类）：

基本锁：读共享锁、写独占锁、意向锁

锁的算法（在什么情况下锁定什么范围）：记录锁、间隙锁、临键锁

不重要：插入意向锁、自增锁、

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_数据_10

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_数据_11

3.2 四种基本锁(读共享锁+写独占锁+意向读共享锁+意向写独占锁)

3.2.1 读共享锁

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_数据_12

目的：自己事务读的时候保证多次读取，实现读到一致性。

读共享锁加锁之后， select * from tablename where id = 1 lock in share mode
(1) 其他事务：不能修改，但是可以读
(2) 本事务：可以读，但是自己也不能修改
(3) 自己事务加上读共享锁之后，其他事务可以在同一行都加上读共享锁，反正大家(加了读锁的事务、美甲读锁的事务)都不能修改, 但是其他事务不能在该行记录上加写独占锁。

读共享锁释放： commit/rollback

和其他行级锁相同，如果 navicat 会话连接断开，锁释放。

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_java_13

3.2.2 写独占锁

目的：自己加上了别人不能再加上读共享锁、也不能再加上写独占锁。别的事务无法读这个行记录，更无法写这个行记录，别的事务执行select或者udpate/insert/delete，等待50s，无法成功，就会失败。

自己加上了写独占锁之后，insert / update / delete / select … for udpate
(1 )当前事务既然可写，也可读。
(2) 其他事务无法读这个行记录，更无法写这个行记录
(3) 自己加上了别人不能再加上读共享锁、也不能再加上写独占锁

释放锁：
commit/rollback
和其他行级锁相同，如果 navicat 会话连接断开，锁释放。

什么时候加写独占锁？
1、写insert update delete，默认加上了写独占锁，只有当前事务可读可写（但是select默认不加上写锁，也默认不加上读锁）。
2、对于select，写成 select … for udpate，就加上了写独占锁。写成 select … lock in share mode，就加上了读共享锁。

3.2.3 意向读共享锁(表锁) + 意向写独占锁(表锁)

问题：这两个表锁（意向共享锁、意向排他锁）存在的意义是什么？

一个事务给一行数据加上锁（读共享锁、写独占锁），如果另一个事务想来加锁，必须全表扫描，这样效率太慢。所以，Mysql设计

如果一个事务给一行数据，加上一个读共享锁(select * from tablename where id =1 lock in share mode )，那么先给这个表加上一个意向共享锁。
如果一个事务给一行数据，加上一个写独占锁( insert / update / delete / select … for udpate )，那么先给这个表加上一个意向独占锁。
这样设计的理由：一个事务可以给一张表加表锁的前提是：没有任何一个事务给这张表的任何一个记录加行锁。即如果现在事务B想来给mysql的 tablename 加锁，mysql会给这个表加对应的意向锁表锁，但是如果此时事务A 已经给这个表的某行记录加上了行锁，这个意向锁表锁就无法加上去，事务B这个行锁也就无法加上去。

这样一来，每个事务加行锁之前，只要看一下这个表上有没有意向读共享锁和意向写排他锁，只要有，自己就不加锁了，从来提高判断效率。

所以，这两个表锁（意向共享锁、意向排他锁）大大的提高了不同事务给表加行锁的效率，这就是这两个表锁存在的最大意义。

意向锁由数据引擎自己维护，程序员无法手动操作意向锁，与程序员无关，是mysql加快LBCC的一种方式。

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_mysql事务隔离 mvcc_14

3.2.4 两个行锁锁住的实际是一行记录的索引

读共享锁，一个事务给一行数据加锁(读共享锁)，另一个事务还可以给这行数据加锁(读共享锁，但是不能加写独占锁)；
写排他锁，一个事务给一行数据加锁(写排他锁)，另一个事务不可以给这行数据加锁(既不能加读共享锁，也不能加写独占锁)。

底层是怎么实现的？所谓的共享锁和排他锁锁住的是一行数据的什么东西呢？实际上，锁住的是索引，普通索引也行，唯一索引也行、主键索引也行。

在INNODB_LOCKS

mysql事务隔离 mvcc mysql事务隔离怎么实现的_mysql事务隔离 mvcc_15

在一张表中，如果没有设置索引，就会有InnoDB中隐藏列rowid作为聚集索引，此时，会锁住整个表（这就是上文中隐藏字段的第一个字段的 rowid 的使用）。

对于程序员给表加上行锁（读共享锁写独占锁），
如果存在索引，锁住的索引，如果where条件中有索引列，仅锁住where条件命中的这一行或多行数据；如果where条件中没有索引列或者没有根本就没有where子句，会锁住整个表（连插入都插入不进去了解决幻读问题）。
如果不存在索引，锁住的隐藏的rowid，此时会锁住整个表（连插入都插入不进去了解决幻读问题）。