什么是MVCC？

一、背景

并发：在同一时间内，两个或多个任务交替执行（cpu的上下切换）。
高并发的时候,有时候会出现并发问题。所以就要并发控制。
说到并发控制，很多人第一反应都是加锁，确实，加锁也是解决并发问题最场景的方案。但是，除了加锁外，在数据库方面，有一种无锁的方案可以实现并发控制，那就是MVCC。

二、场景

案例一：订票系统，假设某航班只有一张票，如果有1w人来订票，如果解决这一张票的问题？

首先想到的并发的方案：

1. 使用锁同步（synchronized关键字）：一种是对象锁，用于线程同步；一种是数据库锁。
2. 使用传统的物理锁：乐观锁或者悲观锁

乐观锁：乐观锁在操作数据时非常乐观，认为别人不会同时修改数据。. 因此乐观锁不会上锁，只是在执行更新的时候判断一下在此期间别人是否修改了数据：如果别人修改了数据则放弃操作，否则执行操作。

悲观锁：悲观锁在操作数据时比较悲观，认为别人会同时修改数据。. 因此操作数据时直接把数据锁住，直到操作完成后才会释放锁；上锁期间其他人不能修改数据。

那么怎么使用乐观锁？
使用前提：在表中增加一个字段：version版本号 ，long类型。
原理：只有当前版本号等于数据库版本号才能提交修改，提交完后，版本号version++。

三、什么是MVCC？

MVCC：Multi Version Concurrency Control：多版本并发控制。是为了在读取数据时不加锁来提高读取效率和并发性的一种手段。主要针对的是读-写并发。

数据库并发有以下几种场景：
读-读：不存在任何问题。
读-写：有线程安全问题，可能出现脏读、幻读、不可重复读。
写-写：有线程安全问题，可能存在更新丢失等。

四、MVCC实现原理？

1.回顾事务的特性

原子性：通过undolog实现。
持久性：通过redolog实现。
隔离性：通过加锁（当前读）&MVCC（快照读）实现。
一致性：通过undolog、redolog、隔离性共同实现。

2.回顾事务的隔离级别

读未提交：允许读取尚未提交的数据变更。可能会导致脏读、幻读或不可重复读。
读已提交：允许读取已经提交的数据。可能会导致幻读和不可重复读。
可重复读：对同一字段的多次读取结果都是一致的，除非数据是被本身事务自己所修改。可能会导致幻读。
可串行化：最高隔离级别。

3.再了解一些什么是快照读和当前读？
快照读：就是读取的是快照数据，像我们常用的普通select语句在不加锁的情况下就是快照读。
当前读：就是读取当前最新数据，像加锁的select语句。
可以说MVCC实现的基础就是快照读，而当前读是悲观锁的基础。

当前读的sql实现：
select lock in share mode（共享锁）
select for update（排他锁）
update（排他锁）
insert（排他锁）
delete（排他锁）

4.那么快照读 读取的是哪里的数据？
答案是：undo log日志。
undo log：存放事务没有提交前的数据，当事务异常回滚时，可以利用undo log进行回退。

5.那么一条记录在同一时刻可能有多个事务在执行，undo log就会有一条记录的多个快照，那么在这一时刻发送select语句进行快照读的时候，应该读哪个快照呢？
这就要靠mysql数据库中innodb引擎中提供的一些隐藏字段：分别是：row_id、trx_id和roll_pointer。

• row_id：隐藏主键，如果没有给表创建主键，那么就会用rowid字段来创建聚簇索引。
• trx_id：记录这条记录的最新的事务id。
• roll_pointer：记录这条记录的上一个版本地址(undo log中的上一个快照地址)。

还要靠Read View来解决可见性的问题。有几个重要属性：

• trx_ids：系统当前未提交的事务id的列表。
• low_limit_id：未提交的事务中最大的事务id。
• up_limit_id：未提交的事务中最小的事务id。
• creator_trx_id：执行select读这个操作的事务的id。
  注意：每开启一个事务,都会从数据库中获取一个事务id，事务id是自增的。

6.那么一个事务应该看到哪些快照呢？
其实原则就是：事务id大的事务能看到事务id小的事务的变更结果。
例如当前有一个事务3想要对某条记录进行一次快照读,首先会创建一个read view,并把当前所有未提交的事务的信息记录下来，比如up_limit_id=2,low_limit_id=5,trx_ids=[2,4,5],creator_trx_id=6。
这条记录记录了上一次修改的事务id：trx_id=3。
接下来数据库会拿这条记录 trx_id=3和Read View比较。

• 如果trx_id=3=creator_trx_id=6,则说明这条记录对当前事务就是可见的。
• 如果trx_id=3<up_limit_id=2,则说明在read view中所有未提交的事务创建之前,trx_id这个事务就已经提交了。所以，这条记录对当前事务就是可见的。
• 如果trx_id=3>low_limit_id=6,则说明trx_id这个事务在read veiw中所有未提交事务创建之后才提交的。所以，这条记录对于当前事务就是不可见的。
• 如果up_limit_id=2<=trx_id=3<=low_limit_id=6,则说明trx_id这个事务在trx_ids列表中，对当前事务是不可见的。

当数据的事务id不符合read view的时候，那就需要从undo log里面获取数据的历史快照，然后数据快照的事务id在和read view做对比。

五、MVCC和隔离级别

根据不同的事务隔离级别，read view的获取是不同的。

• 在读已提交 事务隔离级别下,一个事务每一次select都会重新获取一次read view。
• 在可重复读 事务隔离级别下，一个事务只在第一次select的时候会获取一次read view。可以解决幻读问题。