【MySQL】MVCC工作原理、事务隔离机制、undo log回滚日志、间隙锁
一、什么是MVCC？
MVCC，即 Multiversion Concurrency Control（多版本并发控制），它是数据库实现并发控制的一种方式。
MVCC 的核心思想是：
为每个事务提供数据的“快照”版本，从而避免加锁，提高读操作的并发性。
作用：
- 允许 读操作（SELECT）不用加锁，从而避免阻塞。
- 避免“读写冲突”，提高并发性能。
- 实现事务的 隔离性（特别是实现 REPEATABLE READ、READ COMMITTED）
💡 二、MVCC 是如何工作的（以 InnoDB 为例）
InnoDB 如何实现 MVCC？
它通过以下两个隐藏字段实现版本控制：
trx_id：每行记录最后一次修改它的事务ID。roll_pointer：指向旧版本（undo log）的指针，形成多版本链。
此外，事务开始时有一个 read view（快照视图），用来判断哪些版本是“可见的”。
举个例子：
- 假设 A 开始一个事务，读取一行数据。
- 此时 B 事务修改了该行数据，并提交。
- A 仍然能看到旧版本的数据（通过 undo log 追溯），这是快照隔离。
👉 这种读取叫做 一致性读（Consistent Read），完全不加锁！
📌 四、MyISAM 为什么不支持 MVCC？
MyISAM 不支持事务，因此也就不支持：
- undo log
- 多版本
- read view 快照
当有一个查询时，它只能使用表级锁来保证一致性。这种方式：
- 并发性能低（特别是写多的时候）
- 无法提供事务隔离级别（没有REPEATABLE READ等）
🧠 总结：
MySQL 存储引擎 MVCC 差异总结
- InnoDB：支持事务 + 行级锁 + MVCC（多版本并发控制）
-> 读不加锁，性能好，支持一致性读 - MyISAM：不支持事务，不支持 MVCC，使用表级锁
-> 读写容易阻塞，性能差，读的是最新数据
🧱 一、前置知识：事务隔离级别（SQL标准）
事务隔离级别从低到高：
| 隔离级别 | 描述 | 常见问题 |
|---|---|---|
| READ UNCOMMITTED | 可以读到未提交的数据 | 脏读(读未提交的数据) |
| READ COMMITTED | 只能读到已提交的数据 | 不可重复读 |
| REPEATABLE READ | 多次读取同一数据结果一致 | 幻读 |
| SERIALIZABLE | 全部加锁，串行执行 | 性能差但最安全 |
🔍 二、MVCC 如何支持隔离性？
✅ REPEATABLE READ（可重复读，MySQL 默认）
多次
SELECT相同数据时，读到的是事务开始时的数据快照（read view），不受其他事务影响。
✔ 具体实现：
- 事务一开始，InnoDB 创建一个 read view。
- 所有
SELECT查询都是基于这个 read view。 - 即使别的事务修改并提交了数据，本事务看到的还是原来的版本（通过 undo log 回溯）。
- 会出现
幻读，即读取到的不是最新数据，因为可重复读采用的是undo log的read view快照机制，用的是事务开始保存的快照，而不是实时数据。
🧠 举个例子：
-- 事务 A
START TRANSACTION;
SELECT * FROM user WHERE id=1; -- 假设 name='Tom'
-- 事务 B
START TRANSACTION;
UPDATE user SET name='Jerry' WHERE id=1;
COMMIT;
-- 回到事务 A
SELECT * FROM user WHERE id=1; -- name 仍然是 'Tom'，实现了 repeatable read
事务 A 的所有读取都基于它开始时的快照，看到的是“旧世界”。
✅ READ COMMITTED（已提交读）
每次
SELECT都读取当前最新提交版本的数据。
✔ 具体实现：
- 每次读取都会生成一个新的undo log的 read view。
- 所以可以读到别的事务已提交的新数据。
- 可能出现
不可重复读，即，同一事务中select的是不同数据。
🧠 举个例子：
-- 事务 A
START TRANSACTION;
SELECT * FROM user WHERE id=1; -- name = 'Tom'
-- 事务 B
START TRANSACTION;
UPDATE user SET name='Jerry' WHERE id=1;
COMMIT;
-- 回到事务 A
SELECT * FROM user WHERE id=1; -- name = 'Jerry'（读到了新数据）
这种机制虽然不会脏读，但不能重复读，因为两次查询结果不一样。
🧠 总结：
InnoDB 实现事务隔离性核心在于：MVCC + undo log + read view
REPEATABLE READ：
- 每个事务在开始时创建 read view
- 所有查询基于这个快照版本
- 即使其他事务提交了修改，也读不到（实现“可重复读”）
READ COMMITTED：
- 每次查询时都重新生成 read view
- 总是读取最新提交的数据
- 能避免脏读，但可能“不可重复读”
MySQL 默认使用 REPEATABLE READ，避免幻读靠间隙锁（gap lock）
📦 一、四种事务隔离级别及存在的问题汇总
| 隔离级别 | 是否可读未提交 | 是否可重复读 | 是否会幻读 | 使用场景（读一致性） |
|---|---|---|---|---|
| READ UNCOMMITTED | ✅ 是 | ❌ 否 | ✅ 是 | 最低一致性，无任何保障 |
| READ COMMITTED | ❌ 否（读提交） | ❌ 否 | ✅ 是 | 大多数数据库默认，如Oracle |
| REPEATABLE READ | ❌ 否 | ✅ 是 | ❌（InnoDB中） | MySQL默认，支持一致快照 |
| SERIALIZABLE | ❌ 否 | ✅ 是 | ✅ 否（加锁） | 串行执行，开销大 |
🔍 每种隔离级别的问题示例
| 问题类型 | 描述 | 发生条件 |
|---|---|---|
| 脏读（Dirty Read） | 读到了未提交的数据 | 仅在 READ UNCOMMITTED 下可能发生 |
| 不可重复读（Non-repeatable Read） | 同一条记录两次读结果不一致 | READ COMMITTED |
| 幻读（Phantom Read） | 两次读取结果行数不一致（新增/删除） | REPEATABLE READ 但有范围查询时才会发生 |
🧬 二、MVCC 实现关键机制：undo log + read view
✅ undo log（回滚日志）
- 记录旧版本数据，用于：
- 回滚（ROLLBACK）
- 一致性读（Consistent Read）
undo log 的基本结构
每条记录维护：
- 修改前的值（旧版本）
- 事务 ID（trx_id）
- 回滚指针（roll_pointer）指向上一个版本
✅ read view（快照视图）
- 事务在 第一次执行一致性读（SELECT）时创建
- 用于判断某条数据的哪个版本“对当前事务可见”
判断规则（InnoDB MVCC 可见性判断）：
当前事务ID = T
记录版本的 trx_id = R
如果 R < 最小活跃事务ID：可见（已经提交）
如果 R == 当前事务ID：可见（自己改的）
如果 R 是活跃事务ID之一：不可见（别人还没提交）
🧱 三、幻读的由来与间隙锁的解决方案
🧨 什么是幻读（Phantom Read）？
指一类特殊的不可重复读 —— 两次范围查询返回不同数量的结果。
示例：
-- 事务 A
START TRANSACTION;
SELECT * FROM user WHERE age > 20;
-- 事务 B
INSERT INTO user (name, age) VALUES ('NewUser', 21);
COMMIT;
-- 回到事务 A
SELECT * FROM user WHERE age > 20; -- 发现多了一条，产生幻读
🧰 InnoDB 的解决方法：间隙锁（Gap Lock）
在可重复读隔离级别下，为防止幻读，InnoDB 对范围查询加“间隙锁”。
间隙锁含义：
- 不锁定具体记录，而锁定“两个记录之间的间隙”。
- 其他事务不能在这个间隙中插入新数据。
举例：
SELECT * FROM user WHERE age > 20 FOR UPDATE;
-- 会锁住 20 ~ ∞ 之间的“空隙”，禁止插入
⚠ 注意：
- 间隙锁只在 REPEATABLE READ + 索引条件范围查询 + FOR UPDATE 或隐式锁定下生效
- 不使用
FOR UPDATE时，一般是一致性读，只靠 undo log，不加锁
🧠 总结：
事务隔离级别问题对比
- READ UNCOMMITTED: 有脏读，不推荐使用
- READ COMMITTED: 无脏读，有不可重复读，Oracle默认
- REPEATABLE READ: 无脏读、可重复读、InnoDB用间隙锁避免幻读（MySQL默认）
- SERIALIZABLE: 全部加锁，开销大，极少使用
InnoDB 实现关键：MVCC
- undo log：记录旧版本数据
- read view：事务可见性判断依据
- 间隙锁：锁定范围，阻止幻读（只在RR可重复读下有效）
https://github.com/0voice