1 事務(wù)并發(fā)中遇到的問(wèn)題

1.1 臟讀

當(dāng)一個(gè)事務(wù)讀取到了另外一個(gè)事務(wù)修改但未提交的數(shù)據(jù)，被稱為臟讀。

1.2 不可重復(fù)讀

當(dāng)事務(wù)內(nèi)相同的記錄被檢索兩次，且兩次得到的結(jié)果不同時(shí)，此現(xiàn)象稱為不可重復(fù)讀。

1.3 幻讀

當(dāng)一個(gè)事務(wù)同樣的查詢條件查詢兩次（多次），查出的條數(shù)不一致稱為幻讀。

2 隔離級(jí)別

我們上邊介紹了幾種并發(fā)事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中可能遇到的一些問(wèn)題，這些問(wèn)題也有輕重緩急之分，我們給這些問(wèn)題按照嚴(yán)重性來(lái)排一下序：

臟讀 > 不可重復(fù)讀 > 幻讀

SQL 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，針對(duì)不同的隔離級(jí)別，并發(fā)事務(wù)可以發(fā)生不同嚴(yán)重程度的

問(wèn)題，具體情況如下：

• READ UNCOMMITTED：未提交讀。
• READ COMMITTED：已提交讀。
• REPEATABLE READ：可重復(fù)讀。
• SERIALIZABLE：可串行化

SQL 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，針對(duì)不同的隔離級(jí)別，并發(fā)事務(wù)可以發(fā)生不同嚴(yán)重程度的問(wèn)題，具體情況如下：

• READ UNCOMMITTED 隔離級(jí)別下，可能發(fā)生臟讀、不可重復(fù)讀和幻讀問(wèn)題。
• READ COMMITTED 隔離級(jí)別下，可能發(fā)生不可重復(fù)讀和幻讀問(wèn)題，但是不可以發(fā)生臟讀問(wèn)題。
• REPEATABLE READ 隔離級(jí)別下，可能發(fā)生幻讀問(wèn)題，但是不可以發(fā)生臟讀和不可重復(fù)讀的問(wèn)題。
• SERIALIZABLE 隔離級(jí)別下，各種問(wèn)題都不可以發(fā)生。

3 版本鏈

我們知道，對(duì)于使用 InnoDB 存儲(chǔ)引擎的表來(lái)說(shuō)，它的聚簇索引記錄中都包含兩個(gè)必要的隱藏列（row_id 并不是必要的，我們創(chuàng)建的表中有主鍵或者非 NULL的 UNIQUE 鍵時(shí)都不會(huì)包含 row_id 列）:

trx_id： 每次一個(gè)事務(wù)對(duì)某條聚簇索引記錄進(jìn)行改動(dòng)時(shí)，都會(huì)把該事務(wù)的事務(wù) id 賦值給 trx_id 隱藏列。

roll_pointer： 每次對(duì)某條聚簇索引記錄進(jìn)行改動(dòng)時(shí)，都會(huì)把舊的版本寫入到undo 日志中，然后這個(gè)隱藏列就相當(dāng)于一個(gè)指針，可以通過(guò)它來(lái)找到該記錄修改前的信息。

假設(shè)插入該記錄的事務(wù) id 為 80的記錄，那么此刻該條記錄的示意圖如下所示：

假設(shè)之后兩個(gè)事務(wù) id 分別為 100、200 的事務(wù)對(duì)這條記錄進(jìn)行 UPDATE 操作，操作流程如下：

Trx 100：

UPDATE t_people SET name = '關(guān)羽' WHERE number = 1;
UPDATE t_people SET name = '張飛' WHERE number = 1;

Trx 200：

UPDATE t_people SET name = '趙云' WHERE number = 1;
UPDATE t_people SET name = '諸葛亮' WHERE number = 1;

每次對(duì)記錄進(jìn)行改動(dòng)，都會(huì)記錄一條 undo 日志，每條 undo 日志也都有一個(gè) roll_pointer 屬性（INSERT 操作對(duì)應(yīng)的 undo 日志沒(méi)有該屬性，因?yàn)樵撚涗洸](méi)有更早的版本），可以將這些 undo 日志都連起來(lái)，串成一個(gè)鏈表，所以現(xiàn)在的情況就像下圖一樣：

對(duì)該記錄每次更新后，都會(huì)將舊值放到一條 undo 日志中，就算是該記錄的一個(gè)舊版本，隨著更新次數(shù)的增多，所有的版本都會(huì)被 roll_pointer 屬性連接成一個(gè)鏈表，我們把這個(gè)鏈表稱之為版本鏈，版本鏈的頭節(jié)點(diǎn)就是當(dāng)前記錄最新的值。另外，每個(gè)版本中還包含生成該版本時(shí)對(duì)應(yīng)的事務(wù) id。于是可以利用這個(gè)記錄的版本鏈來(lái)控制并發(fā)事務(wù)訪問(wèn)相同記錄的行為，那么這種機(jī)制就被稱之為多版本并發(fā)控制(Mulit-Version Concurrency Control MVCC)。

4 ReadView

4.1 ReadView 定義

InnoDB 提出了一個(gè) ReadView 的概念，這個(gè) ReadView 中主要包含 4個(gè)比較重要的內(nèi)容：

• (1) m_ids：表示在生成 ReadView 時(shí)當(dāng)前系統(tǒng)中 活躍 的讀寫事務(wù)的事務(wù) id 列表。
• (2) min_trx_id: 表示在生成 ReadView 時(shí)當(dāng)前系統(tǒng)中活躍的讀寫事務(wù)中最小的事務(wù) id，也就是 m_ids 中的最小值。
• (3) max_trx_id：表示生成 ReadView 時(shí)系統(tǒng)中應(yīng)該分配給下一個(gè)事務(wù)的 id 值。max_trx_id 并不是 m_ids 中的最大值，事務(wù) id 是遞增分配的。比方說(shuō)現(xiàn)在有 id 為 1，2，3 這三個(gè)事務(wù)，之后 id 為 3 的事務(wù)提交了。那么一個(gè)新的讀事務(wù)在生成 ReadView 時(shí)，m_ids 就包括 1 和 2，min_trx_id 的值就是 1，max_trx_id的值就是 4。
• (4) creator_trx_id：表示生成該 ReadView 的事務(wù)的事務(wù) id。

4.2 訪問(wèn)控制

有了這個(gè) ReadView，這樣在訪問(wèn)某條記錄時(shí)，只需要按照下邊的步驟判斷記錄的某個(gè)版本是否可見(jiàn)：

• (1) 如果被訪問(wèn)版本的 trx_id 屬性值與 ReadView 中的 creator_trx_id 值相同，意味著當(dāng)前事務(wù)在訪問(wèn)它自己修改過(guò)的記錄，所以該版本可以被當(dāng)前事務(wù)訪問(wèn)。
• (2) 如果被訪問(wèn)版本的 trx_id 屬性值小于 ReadView 中的 min_trx_id 值，表明生成該版本的事務(wù)在當(dāng)前事務(wù)生成 ReadView 前已經(jīng)提交，所以該版本可以被當(dāng)前事務(wù)訪問(wèn)。
• (3) 如果被訪問(wèn)版本的 trx_id 屬性值大于或等于 ReadView 中的 max_trx_id值，表明生成該版本的事務(wù)在當(dāng)前事務(wù)生成 ReadView 后才開(kāi)啟，所以該版本不可以被當(dāng)前事務(wù)訪問(wèn)。
• (4) 如果被訪問(wèn)版本的 trx_id 屬性值在 ReadView 的 min_trx_id 和 max_trx_id之間(min_trx_id < trx_id < max_trx_id)，那就需要判斷一下 trx_id 屬性值是不是在m_ids 列表中，如果在，說(shuō)明創(chuàng)建 ReadView 時(shí)生成該版本的事務(wù)還是活躍的，該版本不可以被訪問(wèn)；如果不在，說(shuō)明創(chuàng)建 ReadView 時(shí)生成該版本的事務(wù)已經(jīng)被提交，該版本可以被訪問(wèn)。
• (5) 如果某個(gè)版本的數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前事務(wù)不可見(jiàn)的話，那就順著版本鏈找到下一個(gè)版本的數(shù)據(jù)，繼續(xù)按照上邊的步驟判斷可見(jiàn)性，依此類推，直到版本鏈中的最后一個(gè)版本。如果最后一個(gè)版本也不可見(jiàn)的話，那么就意味著該條記錄對(duì)該事務(wù)完全不可見(jiàn)，查詢結(jié)果就不包含該記錄。

4.3 再談隔離

對(duì)于使用 READ UNCOMMITTED 隔離級(jí)別的事務(wù)來(lái)說(shuō)，由于可以讀到未提交事務(wù)修改過(guò)的記錄，所以直接讀取記錄的最新版本就好了。

對(duì)于使用 SERIALIZABLE 隔離級(jí)別的事務(wù)來(lái)說(shuō)，InnoDB 使用加鎖的方式來(lái)訪問(wèn)記錄。

在 MySQL 中，READ COMMITTED 和 REPEATABLE READ 隔離級(jí)別的的一個(gè)非常大的區(qū)別就是它們生成 ReadView 的時(shí)機(jī)不同。

4.3.1 READ COMMITTED（讀已提交）

讀已提交，每次讀取數(shù)據(jù)前都生成一個(gè) ReadView。

假設(shè)現(xiàn)在有一個(gè)使用 READ COMMITTED 隔離級(jí)別的事務(wù)開(kāi)始執(zhí)行：

詳解查詢：

#使用 READ COMMITTED 隔離級(jí)別的事務(wù)
#Transaction 100、200未提交，得到的列 name 的值為 劉備
SELECT name FROM t_people WHERE number = 1;  

這個(gè) SELECET 的執(zhí)行過(guò)程如下：

• (1) 在執(zhí)行 SELECT 語(yǔ)句時(shí)會(huì)先生成一個(gè) ReadView，ReadView 的 m_ids 列表的內(nèi)容就是[100, 200]，min_trx_id 為 100，max_trx_id 為 201，creator_trx_id 為 0。
• (2) 然后從版本鏈中挑選可見(jiàn)的記錄，從圖中可以看出，最新版本的列 name 的內(nèi)容是諸葛亮，該版本的 trx_id 值為 200，在 m_ids 列表內(nèi)，所以不符合可見(jiàn)性要求。(如果被訪問(wèn)版本的 trx_id 屬性值在 ReadView 的 min_trx_id 和 max_trx_id之間,就需要判斷一下 trx_id 屬性值是不是在m_ids 列表中，如果在，說(shuō)明創(chuàng)建 ReadView 時(shí)生成該版本的事務(wù)還是活躍的，該版本不可以被訪問(wèn)；如果不在，說(shuō)明創(chuàng)建 ReadView 時(shí)生成該版本的事務(wù)已經(jīng)被提交，該版本可以被訪問(wèn) )，根據(jù) roll_pointer 跳到下一個(gè)版本。
• (3) 諸葛亮下一個(gè)版本的列name的內(nèi)容是趙云，該版本的trx_id值也為200，也在m_ids列表內(nèi)，所以也不符合要求，繼續(xù)跳到下一個(gè)版本。
• (4) 趙云下一個(gè)版本的列name的內(nèi)容是張飛，該版本的trx_id值也為100，也在m_ids列表內(nèi)，所以也不符合要求，繼續(xù)跳到下一個(gè)版本。
• (5) 張飛下一個(gè)版本的列name的內(nèi)容是關(guān)羽，該版本的trx_id值也為100，也在m_ids列表內(nèi)，所以也不符合要求，繼續(xù)跳到下一個(gè)版本。
• (6) 關(guān)羽下一個(gè)版本是劉備，該版本的trx_id值為80，小于ReadView 中的 min_trx_id 值，所以這個(gè)版本是符合要求的。

不可重復(fù)讀： 100事務(wù)、200事務(wù)開(kāi)啟讀取到name都為劉備。當(dāng)100事務(wù)提交時(shí)，由于是讀已提交事務(wù)隔離級(jí)別，每次讀取都會(huì)創(chuàng)建ReadView，200事務(wù)讀取時(shí)，創(chuàng)建生成的ReadView m_ids 為 [200]，這時(shí)根據(jù)讀取規(guī)則讀取到的name就為張飛。

# 使用 READ COMMITTED 隔離級(jí)別的事務(wù)
BEGIN;
# SELECE1：Transaction 100、200 均未提交,得到name值為劉備
SELECT name  FROM t_people WHERE number = 1; 

# SELECE2：Transaction 100 提交，Transaction 200 未提交
#Transaction 200 事務(wù)查詢，得到name值為張飛，發(fā)生不可重復(fù)讀。
SELECT name  FROM teacher WHERE number = 1; 

4.3.2 REPEATABLE READ（可重讀）

可重讀，在第一次讀取數(shù)據(jù)時(shí)生成一個(gè) ReadView。

解決不可重復(fù)讀： 100事務(wù)、200事務(wù)開(kāi)啟，創(chuàng)建ReadView，m_ids 為[100,200]，讀取到name都為劉備。當(dāng)100事務(wù)提交時(shí)，由于是可重讀事務(wù)隔離級(jí)別，只創(chuàng)建一次ReadView，m_ids 仍然是[100,200]，這時(shí)根據(jù)讀取規(guī)則讀取到的name仍然是劉備。

5 幻讀

當(dāng)一個(gè)事務(wù)同樣的查詢條件查詢兩次（多次），查出的條數(shù)不一致稱為幻讀。

在 REPEATABLE READ 隔離級(jí)別下的事務(wù) T1 先根據(jù)某個(gè)搜索條件讀取到多條記錄，然后事務(wù) T2 插入一條符合相應(yīng)搜索條件的記錄并提交，然后事務(wù) T1 再根據(jù)相同搜索條件執(zhí)行查詢。結(jié)果會(huì)是什么？按照 ReadView 中的比較規(guī)則，不管事務(wù) T2 比事務(wù) T1 是否先開(kāi)啟，事務(wù) T1 都是看不到 T2 的提交的。但是，在 REPEATABLE READ 隔離級(jí)別下 InnoDB 中的 MVCC 可以很大程度地避免幻讀現(xiàn)象，而不是完全禁止幻讀。

#SELECT：快照讀。update：當(dāng)前讀。
REPEATABLE READ 可以解決快照讀幻讀問(wèn)題。解決不了當(dāng)前讀幻讀的問(wèn)題。

案例：

1 執(zhí)行begin，執(zhí)行select *。

2 開(kāi)啟另一個(gè)窗口 執(zhí)行insert、select、commit。

3 回到原窗口執(zhí)行查詢

4 執(zhí)行 update 、提交

5 查找

6 總結(jié)

從上邊的描述中我們可以看出來(lái)，所謂的 MVCC（Multi-Version ConcurrencyControl ，多版本并發(fā)控制）指的就是在使用 READ COMMITTD、REPEATABLE READ這兩種隔離級(jí)別的事務(wù)在執(zhí)行普通的 SELECT 操作時(shí)訪問(wèn)記錄的版本鏈的過(guò)程，這樣子可以使不同事務(wù)的讀-寫、寫-讀操作并發(fā)執(zhí)行，從而提升系統(tǒng)性能。

READ COMMITTD、REPEATABLE READ 這兩個(gè)隔離級(jí)別的一個(gè)很大不同就是,生成 ReadView 的時(shí)機(jī)不同，READ COMMITTD 在每一次進(jìn)行普通 SELECT 操作前都會(huì)生成一個(gè) ReadView，而 REPEATABLE READ 只在第一次進(jìn)行普通 SELECT 操作前生成一個(gè) ReadView，之后的查詢操作都重復(fù)使用這個(gè) ReadView 就好了，從而基本上可以避免幻讀現(xiàn)象。

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