java八股文面试[数据库]——可重复读怎么实现的（MVCC）

蔚落 2024-03-26 23:22 90阅读 0赞

可重复读（repeatable read）定义： 一个事务执行过程中看到的数据，总是**跟这个事务**在**启动时**看到的数据是一致的。

###### MVCC ######

*  MVCC，**多版本并发控制**, 用于实现**读已提交**和**可重复读**隔离级别。
 *  MVCC的核心就是 **Undo log多版本链 + Read view**，“MV”就是通过 Undo log来保存数据的历史版本，实现**多版本的管理**，“CC”是通过 **Read-view**来实现管理，通过 Read-view原则来决定数据**是否显示**。同时针对不同的隔离级别， Read view的**生成策略不同**，也就实现了不同的隔离级别。

###### **Undo log 多版本链** ######

每条数据都有**两个隐藏字段**:

*  **trx\_id**: 事务id,记录最近一次更新这条数据的**事务id**.
 *  **roll\_pointer**: **回滚指针**,指向**之前生成**的undo log

![image.png][]

每一条数据**都有多个版本**,版本之间通过undo log链条进行连接通过这样的设计方式,可以保证每个事务提交的时候,一旦需要回滚操作,可以保证同一个事务只能读取到比当前版本**更早提交的值**,不能看到更晚提交的值。

###### **ReadView** ######

Read View是 InnoDB 在实现 MVCC 时用到的**一致性读视图**，即 **consistent** read view，用于支持 RC（Read Committed，**读提交**）和 RR（**Repeatable** Read，可重复读）隔离级别的实现.

Read View简单理解就是对数据在**某个时刻的状态拍成照片记录下来**。那么之后获取某时刻的数据时就还是原来的**照片上的数据**，是不会变的.

Read View中比较重要的字段有4个:

*  `m_ids` : 用来表示MySQL中哪些事务**正在执行,但是没有提交**.
 *  `min_trx_id`: 就是m\_ids里**最小的值**.
 *  `max_trx_id` : 下一个要生成的事务id值,也就是**最大事务id**
 *  `creator_trx_id`: 就是**你这个事务的id**

![image.png][image.png 1]

当一个事务**第一次执行查询**sql时，会生成一致性视图 read-view（快照），查询时从 undo log 中**最新的一条记录**开始跟 read-view 做对比，如果**不符合比较规则**，就根据回滚指针**回滚到上一条记录**继续比较，直到得到符合比较条件的查询结果。

**Read View判断记录某个版本是否可见的规则如下**

![image.png][image.png 2]

1.如果当前记录的事务id落在绿色部分（trx\_id < min\_id），表示这个版本**是已提交**的事务生成的，可读。 2.如果当前记录的事务id落在**红色部分**（trx\_id > max\_id），表示这个版本是由将来启动的事务生成的，不可读。

1.  如果当前记录的事务id落在黄色部分（min\_id <= trx\_id <= max\_id），则分为两种情况：
2.  若当前记录的事务id**在未提交**事务的数组中，则此条记录不可读；
3.  若当前记录的事务id**不在未提交**事务的数组中，则此条记录可读。

RC 和 RR 隔离级别都是由 MVCC 实现，**区别在于**：

*  RC 隔离级别时，read-view 是每次执行 select 语句时**都生成一个**；
 *  RR 隔离级别时，read-view 是在**第一次执行** select 语句时生成一个，同一事务中后面的所有 select 语句都**复用这个 read-view** 。

######  ######

###### Repeatable Read 解决了幻读问题吗？ ######

可重复读（repeatable read）定义： 一个事务执行过程中看到的数据，总是跟这个事务在启动时看到的数据是一致的。

不过**理论上会出现幻读**，简单的说幻读指的的当用户读取**某一范围**的数据行时，另一个事务又在该范围**插入了新行**，当用户在读取该范围的数据时会发现有新的幻影行。

注意在可重复读隔离级别下，**普通的查询**是**快照读**，是**不会看到别的事务插入的数据的**。因此， 幻读在“**当前读**”下才会出现（查询语句添加**for update，表示当前读**）；

在 MVCC 并发控制中，**读操作可以分为两类**: 快照读（`Snapshot Read`）与当前读 （`Current Read`）。

*  快照读 快照读是指读取数据时不是读取最新版本的数据，而是**基于历史版本**读取的一个快照信息（mysql读取undo log历史版本) ，快照读可以使普通的SELECT 读取数据时**不用对表数据进行加锁**，从而解决了因为对数据库表的加锁而导致的两个如下问题
    
    1.  解决了因加锁导致的**修改数据时无法对数据读取**问题.
    2.  解决了因加锁导致**读取数据时无法对数据进行修改**的问题.
 *  当前读 当前读是读取的数据库**最新的数据**，当前读和快照读不同，因为要读取最新的数据而且要保证事务的**隔离性**，所以当前读是需要对数据进行**加锁**的（`插入/更新/删除操作，属于当前读，需要加锁` , `select for update` 为当前读）

表结构

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>id</th> 
   <th>key</th> 
   <th>value</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>1</td> 
   <td>1</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

假设 select \* from where value=1 for update，只在**这一行加锁**（注意这只是假设），其它行不加锁，那么就会出现如下场景：

![image.png][image.png 3]

Session A的三次查询Q1-Q3**都是select \* from where value=1 for update**，查询的value=1的所有row。

*  T1：Q1只返回一行(1,1,1)；
 *  T2：session B更新id=0的value为1，此时表t中value=1的数据有两行
 *  T3：Q2返回两行(0,0,1),(1,1,1)
 *  T4：session C插入一行(6,6,1)，此时表t中value=1的数据有三行
 *  T5：Q3返回三行(0,0,1),(1,1,1),(6,6,1)
 *  T6：session A事物commit。

其中Q3读到value=1这一样的现象，就称之为幻读，**幻读指的是一个事务在前后两次查询同一个范围的时候，后一次查询看到了前一次查询没有看到的行**。

先对“幻读”做出如下解释：

*  要讨论「可重复读」隔离级别的幻读现象，是要建立在「当前读」的情况下，**而不是快照读,**因为在可重复读隔离级别下，普通的查询是快照读，是不会看到别的事务插入的数据的。

**Next-key Lock 锁**

产生幻读的原因是，**行锁只能锁住行**，但是新插入记录这个动作，要更新的是记录之间的“间隙”。因此，Innodb 引擎为了解决「可重复读」隔离级别使用「当前读」而造成的幻读问题，就引出了 next-key 锁，就是**记录锁和间隙锁的组合**。

*  RecordLock锁：锁定单个行记录的锁。（**记录锁**，RC、RR隔离级别都支持）
 *  GapLock锁：间隙锁，**锁定索引记录间隙**(不包括记录本身)，确保索引记录的**间隙不变**。（**范围锁**，RR隔离级别支持）
 *  Next-key Lock 锁：记录锁和间隙锁**组合**，**同时锁住数据**，并且锁住数据**前后范围**。（记录锁+范围锁，RR隔离级别支持）

![image.png][image.png 4]

**总结**

*  RR隔离级别下间隙锁才有效，RC隔离级别下没有间隙锁；
 *  RR隔离级别下为了解决“幻读”问题：“**快照读**”依靠MVCC控制，“当前读”通过**间隙锁解决**；
 *  间隙锁和行锁**合称next-key lock**，每个next-key lock是**前开后闭**区间；
 *  间隙锁的引入，可能会导致同样语句**锁住更大的范围**，**影响并发度**。

知识来源：马士兵教育

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