卷起来!!!看了这篇文章我才知道MySQL事务&MVCC到底是啥? ...

打印 上一主题 下一主题

主题 968|帖子 968|积分 2904

事务基础


  • 事务
事务 是一组操作的集合,它是一个不可分割的工作单位,事务会把所有的操作作为一个整体一起向系统提交或撤销操作请求,即这些操作要么同时成功,要么同时失败。

  • 特性


  • 原子性(Atomicity):事务是不可分割的最小操作单元,要么全部成功,要么全部失败。
  • 一致性(Consistency):事务完成时,必须使所有的数据都保持一致状态。
  • 隔离性(Isolation):数据库系统提供的隔离机制,保证事务在不受外部并发操作影响的独立环境下运行。
  • 持久性(Durability):事务一旦提交或回滚,它对数据库中的数据的改变就是永久的。
那实际上,我们研究事务的原理,就是研究MySQL的InnoDB引擎是如何保证事务的这四大特性的。

而对于这四大特性,实际上分为两个部分。 其中的原子性、一致性、持久化,实际上是由InnoDB中的两份日志来保证的,一份是redo log日志,一份是undo log日志。 而持久性是通过数据库的锁,加上MVCC来保证的。

接下来主要就是来研究一下redolog,undolog以及MVCC。
redo log

重做日志,记录的是事务提交时数据页的物理修改,是用来实现事务的持久性。
该日志文件由两部分组成:重做日志缓冲(redo log buffer)以及重做日志文件(redo log file),前者是在内存中,后者在磁盘中。当事务提交之后会把所有修改信息都存到该日志文件中, 用于在刷新脏页到磁盘,发生错误时, 进行数据恢复使用。
如果没有redolog,可能会存在什么问题的? 我们一起来分析一下。
我们知道,在InnoDB引擎中的内存结构中,主要的内存区域就是缓冲池,在缓冲池中缓存了很多的数据页。 当我们在一个事务中,执行多个增删改的操作时,InnoDB引擎会先操作缓冲池中的数据,如果缓冲区没有对应的数据,会通过后台线程将磁盘中的数据加载出来,存放在缓冲区中,然后将缓冲池中的数据修改,修改后的数据页我们称为脏页。 而脏页则会在一定的时机,通过后台线程刷新到磁盘中,从而保证缓冲区与磁盘的数据一致。 而缓冲区的脏页数据并不是实时刷新的,而是一段时间之后将缓冲区的数据刷新到磁盘中,假如刷新到磁盘的过程出错了,而提示给用户事务提交成功,而数据却没有持久化下来,这就出现问题了,没有保证事务的持久性。

那么,如何解决上述的问题呢? 在InnoDB中提供了一份日志 redo log,接下来我们再来分析一下,通过redolog如何解决这个问题。

有了redolog之后,当对缓冲区的数据进行增删改之后,会首先将操作的数据页的变化,记录在redo log buffer中。在事务提交时,会将redo log buffer中的数据刷新到redo log磁盘文件中。过一段时间之后,如果刷新缓冲区的脏页到磁盘时,发生错误,此时就可以借助于redo log进行数据恢复,这样就保证了事务的持久性。 而如果脏页成功刷新到磁盘 或 或者涉及到的数据已经落盘,此时redolog就没有作用了,就可以删除了,所以存在的两个redolog文件是循环写的。
那为什么每一次提交事务,要刷新redo log 到磁盘中呢,而不是直接将buffer pool中的脏页刷新到磁盘呢 ?
因为在业务操作中,我们操作数据一般都是随机读写磁盘的,而不是顺序读写磁盘。 而redo log在往磁盘文件中写入数据,由于是日志文件,所以都是顺序写的。顺序写的效率,要远大于随机写。 这种先写日志的方式,称之为 WAL(Write-Ahead Logging)。
undo log

回滚日志,用于记录数据被修改前的信息 , 作用包含两个 : 提供回滚(保证事务的原子性) 和MVCC(多版本并发控制) 。
undo log和redo log记录物理日志不一样,它是逻辑日志。可以认为当delete一条记录时,undolog中会记录一条对应的insert记录,反之亦然,当update一条记录时,它记录一条对应相反的update记录。当执行rollback时,就可以从undo log中的逻辑记录读取到相应的内容并进行回滚。
Undo log销毁:undo log在事务执行时产生,事务提交时,并不会立即删除undo log,因为这些日志可能还用于MVCC。
Undo log存储:undo log采用段的方式进行管理和记录,存放在前面介绍的 rollback segment回滚段中,内部包含1024个undo log segment。
MVCC

基本概念


  • 当前读
读取的是记录的最新版本,读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录,会对读取的记录进行加锁。对于我们日常的操作,如:select ... lock in share mode(共享锁),select ...for update、update、insert、delete(排他锁)都是一种当前读。
测试:

在测试中我们可以看到,即使是在默认的RR隔离级别下,事务A中依然可以读取到事务B最新提交的内容,因为在查询语句后面加上了 lock in share mode 共享锁,此时是当前读操作。当然,当我们加排他锁的时候,也是当前读操作。

  • 快照读
简单的select(不加锁)就是快照读,快照读,读取的是记录数据的可见版本,有可能是历史数据,不加锁,是非阻塞读。

  • Read Committed:每次select,都生成一个快照读。
  • Repeatable Read:开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。
  • Serializable:快照读会退化为当前读。
测试:

在测试中,我们看到即使事务B提交了数据,事务A中也查询不到。 原因就是因为普通的select是快照读,而在当前默认的RR隔离级别下,开启事务后第一个select语句才是快照读的地方,后面执行相同的select语句都是从快照中获取数据,可能不是当前的最新数据,这样也就保证了可重复读。

  • MVCC
全称 Multi-Version Concurrency Control,多版本并发控制。指维护一个数据的多个版本,使得读写操作没有冲突,快照读为MySQL实现MVCC提供了一个非阻塞读功能。MVCC的具体实现,还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、undo log日志、readView。
接下来,我们再来介绍一下InnoDB引擎的表中涉及到的隐藏字段 、undolog 以及 readview,从而来介绍一下MVCC的原理。
隐藏字段

介绍


当我们创建了上面的这张表,我们在查看表结构的时候,就可以显式的看到这三个字段。 实际上除了这三个字段以外,InnoDB还会自动的给我们添加三个隐藏字段及其含义分别是:
隐藏字段含义DB_TRX_ID最近修改事务ID,记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID。DB_ROLL_PTR回滚指针,指向这条记录的上一个版本,用于配合undo log,指向上一个版本。DB_ROW_ID隐藏主键,如果表结构没有指定主键,将会生成该隐藏字段。而上述的前两个字段是肯定会添加的, 是否添加最后一个字段DB_ROW_ID,得看当前表有没有主键,如果有主键,则不会添加该隐藏字段。
测试


  • 查看有主键的表 stu
进入服务器中的 /var/lib/mysql/MySQL_Advanced/ , 查看stu的表结构信息, 通过如下指令:
  1. ibd2sdi stu.ibd
复制代码
查看到的表结构信息中,有一栏 columns,在其中我们会看到处理我们建表时指定的字段以外,还有额外的两个字段 分别是:DB_TRX_ID 、 DB_ROLL_PTR ,因为该表有主键,所以没有DB_ROW_ID隐藏字段。
  1.             {
  2.                 "name": "DB_TRX_ID",
  3.                 "type": 10,
  4.                 "is_nullable": false,
  5.                 "is_zerofill": false,
  6.                 "is_unsigned": false,
  7.                 "is_auto_increment": false,
  8.                 "is_virtual": false,
  9.                 "hidden": 2,
  10.                 "ordinal_position": 4,
  11.                 "char_length": 6,
  12.                 "numeric_precision": 0,
  13.                 "numeric_scale": 0,
  14.                 "numeric_scale_null": true,
  15.                 "datetime_precision": 0,
  16.                 "datetime_precision_null": 1,
  17.                 "has_no_default": false,
  18.                 "default_value_null": true,
  19.                 "srs_id_null": true,
  20.                 "srs_id": 0,
  21.                 "default_value": "",
  22.                 "default_value_utf8_null": true,
  23.                 "default_value_utf8": "",
  24.                 "default_option": "",
  25.                 "update_option": "",
  26.                 "comment": "",
  27.                 "generation_expression": "",
  28.                 "generation_expression_utf8": "",
  29.                 "options": "",
  30.                 "se_private_data": "table_id=1074;",
  31.                 "engine_attribute": "",
  32.                 "secondary_engine_attribute": "",
  33.                 "column_key": 1,
  34.                 "column_type_utf8": "",
  35.                 "elements": [],
  36.                 "collation_id": 63,
  37.                 "is_explicit_collation": false
  38.             },
  39.             {
  40.                 "name": "DB_ROLL_PTR",
  41.                 "type": 9,
  42.                 "is_nullable": false,
  43.                 "is_zerofill": false,
  44.                 "is_unsigned": false,
  45.                 "is_auto_increment": false,
  46.                 "is_virtual": false,
  47.                 "hidden": 2,
  48.                 "ordinal_position": 5,
  49.                 "char_length": 7,
  50.                 "numeric_precision": 0,
  51.                 "numeric_scale": 0,
  52.                 "numeric_scale_null": true,
  53.                 "datetime_precision": 0,
  54.                 "datetime_precision_null": 1,
  55.                 "has_no_default": false,
  56.                 "default_value_null": true,
  57.                 "srs_id_null": true,
  58.                 "srs_id": 0,
  59.                 "default_value": "",
  60.                 "default_value_utf8_null": true,
  61.                 "default_value_utf8": "",
  62.                 "default_option": "",
  63.                 "update_option": "",
  64.                 "comment": "",
  65.                 "generation_expression": "",
  66.                 "generation_expression_utf8": "",
  67.                 "options": "",
  68.                 "se_private_data": "table_id=1074;",
  69.                 "engine_attribute": "",
  70.                 "secondary_engine_attribute": "",
  71.                 "column_key": 1,
  72.                 "column_type_utf8": "",
  73.                 "elements": [],
  74.                 "collation_id": 63,
  75.                 "is_explicit_collation": false
  76.             }
复制代码

  • 查看没有主键的表 employee
建表语句:
  1. create table employee (id int , name varchar(10));
复制代码
此时,我们再通过以下指令来查看表结构及其其中的字段信息:
  1. ibd2sdi employee.ibd
复制代码
查看到的表结构信息中,有一栏 columns,在其中我们会看到处理我们建表时指定的字段以外,还有额外的三个字段 分别是:DB_TRX_ID 、 DB_ROLL_PTR 、DB_ROW_ID,因为employee表是没有指定主键的。
  1.             {
  2.                 "name": "DB_ROW_ID",
  3.                 "type": 10,
  4.                 "is_nullable": false,
  5.                 "is_zerofill": false,
  6.                 "is_unsigned": false,
  7.                 "is_auto_increment": false,
  8.                 "is_virtual": false,
  9.                 "hidden": 2,
  10.                 "ordinal_position": 3,
  11.                 "char_length": 6,
  12.                 "numeric_precision": 0,
  13.                 "numeric_scale": 0,
  14.                 "numeric_scale_null": true,
  15.                 "datetime_precision": 0,
  16.                 "datetime_precision_null": 1,
  17.                 "has_no_default": false,
  18.                 "default_value_null": true,
  19.                 "srs_id_null": true,
  20.                 "srs_id": 0,
  21.                 "default_value": "",
  22.                 "default_value_utf8_null": true,
  23.                 "default_value_utf8": "",
  24.                 "default_option": "",
  25.                 "update_option": "",
  26.                 "comment": "",
  27.                 "generation_expression": "",
  28.                 "generation_expression_utf8": "",
  29.                 "options": "",
  30.                 "se_private_data": "table_id=1076;",
  31.                 "engine_attribute": "",
  32.                 "secondary_engine_attribute": "",
  33.                 "column_key": 1,
  34.                 "column_type_utf8": "",
  35.                 "elements": [],
  36.                 "collation_id": 63,
  37.                 "is_explicit_collation": false
  38.             },
  39.             {
  40.                 "name": "DB_TRX_ID",
  41.                 "type": 10,
  42.                 "is_nullable": false,
  43.                 "is_zerofill": false,
  44.                 "is_unsigned": false,
  45.                 "is_auto_increment": false,
  46.                 "is_virtual": false,
  47.                 "hidden": 2,
  48.                 "ordinal_position": 4,
  49.                 "char_length": 6,
  50.                 "numeric_precision": 0,
  51.                 "numeric_scale": 0,
  52.                 "numeric_scale_null": true,
  53.                 "datetime_precision": 0,
  54.                 "datetime_precision_null": 1,
  55.                 "has_no_default": false,
  56.                 "default_value_null": true,
  57.                 "srs_id_null": true,
  58.                 "srs_id": 0,
  59.                 "default_value": "",
  60.                 "default_value_utf8_null": true,
  61.                 "default_value_utf8": "",
  62.                 "default_option": "",
  63.                 "update_option": "",
  64.                 "comment": "",
  65.                 "generation_expression": "",
  66.                 "generation_expression_utf8": "",
  67.                 "options": "",
  68.                 "se_private_data": "table_id=1076;",
  69.                 "engine_attribute": "",
  70.                 "secondary_engine_attribute": "",
  71.                 "column_key": 1,
  72.                 "column_type_utf8": "",
  73.                 "elements": [],
  74.                 "collation_id": 63,
  75.                 "is_explicit_collation": false
  76.             },
  77.             {
  78.                 "name": "DB_ROLL_PTR",
  79.                 "type": 9,
  80.                 "is_nullable": false,
  81.                 "is_zerofill": false,
  82.                 "is_unsigned": false,
  83.                 "is_auto_increment": false,
  84.                 "is_virtual": false,
  85.                 "hidden": 2,
  86.                 "ordinal_position": 5,
  87.                 "char_length": 7,
  88.                 "numeric_precision": 0,
  89.                 "numeric_scale": 0,
  90.                 "numeric_scale_null": true,
  91.                 "datetime_precision": 0,
  92.                 "datetime_precision_null": 1,
  93.                 "has_no_default": false,
  94.                 "default_value_null": true,
  95.                 "srs_id_null": true,
  96.                 "srs_id": 0,
  97.                 "default_value": "",
  98.                 "default_value_utf8_null": true,
  99.                 "default_value_utf8": "",
  100.                 "default_option": "",
  101.                 "update_option": "",
  102.                 "comment": "",
  103.                 "generation_expression": "",
  104.                 "generation_expression_utf8": "",
  105.                 "options": "",
  106.                 "se_private_data": "table_id=1076;",
  107.                 "engine_attribute": "",
  108.                 "secondary_engine_attribute": "",
  109.                 "column_key": 1,
  110.                 "column_type_utf8": "",
  111.                 "elements": [],
  112.                 "collation_id": 63,
  113.                 "is_explicit_collation": false
  114.             }
  115.         ],
复制代码
undolog

介绍

回滚日志,在insert、update、delete的时候产生的便于数据回滚的日志。
当insert的时候,产生的undo log日志只在回滚时需要,在事务提交后,可被立即删除。
而update、delete的时候,产生的undo log日志不仅在回滚时需要,在快照读时也需要,不会立即被删除。
版本链

有一张表原始数据为:

DB_TRX_ID : 代表最近修改事务ID,记录插入这条记录或最后一次修改该记录的事务ID,是自增的。
DB_ROLL_PTR: 由于这条数据是才插入的,没有被更新过,所以该字段值为null。
然后,有四个并发事务同时在访问这张表。
A. 第一步

当事务2执行第一条修改语句时,会记录undo log日志,记录数据变更之前的样子; 然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID,回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

B.第二步

当事务3执行第一条修改语句时,也会记录undo log日志,记录数据变更之前的样子; 然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID,回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

C. 第三步

当事务4执行第一条修改语句时,也会记录undo log日志,记录数据变更之前的样子; 然后更新记录,并且记录本次操作的事务ID,回滚指针,回滚指针用来指定如果发生回滚,回滚到哪一个版本。

最终我们发现,不同事务或相同事务对同一条记录进行修改,会导致该记录的undolog生成一条记录版本链表,链表的头部是最新的旧记录,链表尾部是最早的旧记录。
readview

ReadView(读视图)是 快照读 SQL执行时MVCC提取数据的依据,记录并维护系统当前活跃的事务(未提交的)id。
ReadView中包含了四个核心字段:
字段含义m_ids当前活跃的事务ID集合min_trx_id最小活跃事务IDmax_trx_id预分配事务ID,当前最大事务ID+1(因为事务ID是自增的)creator_trx_idReadView创建者的事务ID而在readview中就规定了版本链数据的访问规则:
trx_id 代表当前undolog版本链对应事务ID。
[table][tr]条件是否可以访问说明[/tr][tr][td]trx_id == creator_trx_id[/td][td]可以访问该版本[/td][td]成立,说明数据是当前这个事务更改的。[/td][/tr][tr][td]trx_id < min_trx_id[/td][td]可以访问该版本[/td][td]成立,说明数据已经提交了。[/td][/tr][tr][td]trx_id > max_trx_id[/td][td]不可以访问该版本[/td][td]成立,说明该事务是在ReadView生成后才开启。[/td][/tr][tr][td]min_trx_id

本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?立即注册

x
回复

使用道具 举报

0 个回复

倒序浏览

快速回复

您需要登录后才可以回帖 登录 or 立即注册

本版积分规则

八卦阵

金牌会员
这个人很懒什么都没写!
快速回复 返回顶部 返回列表