深入理解MVCC：多版本并发控制的实现原理
在现代数据库系统中，如何在高并发环境下保证数据一致性、隔离性和高性能？MVCC 是解决这一问题的关键技术。本文将带你从零开始，深入剖析 MVCC 的实现原理。
一、什么是 MVCC？
MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制） 是一种用于实现数据库并发控制的机制。它允许读操作和写操作并发执行，而无需加锁阻塞对方，从而显著提升系统吞吐量和响应速度。
MVCC 的核心思想是：
为每个事务提供数据的一个“快照”（Snapshot），使得读操作看到的是事务开始时的数据版本，而不是当前可能被其他事务修改的最新值。
这使得“读不阻塞写，写不阻塞读”，非常适合 OLTP（在线事务处理）场景。
二、为什么需要 MVCC？
在没有 MVCC 的传统锁机制中：
- 读操作需要加共享锁（S Lock），写操作需要加排他锁（X Lock）。
- 读写互斥，写写互斥，容易造成锁竞争和阻塞。
- 高并发下性能急剧下降。
MVCC 通过“数据多版本”机制，避免了读写之间的锁冲突，同时还能支持不同的事务隔离级别（如 Read Committed、Repeatable Read）。
三、MVCC 的核心组件
要实现 MVCC，数据库系统通常需要以下几个关键组件：
1. 版本链（Version Chain / Undo Log）
每条记录（Row）在被更新时，并不会直接覆盖旧值，而是保留旧版本，并生成一个新版本。这些版本通过指针（通常是 Undo Log）串联成一个版本链。
- 每个版本记录包含：
- 数据内容
- 创建该版本的事务 ID（trx_id）
- 删除该版本的事务 ID（可选，或使用单独的删除标记）
- 指向更早版本的指针（roll_ptr）
📌 示例：
假设某行数据被事务 T1、T2、T3 依次修改，则版本链为：T3版 ← T2版 ← T1版 ← 初始版
2. 事务 ID（Transaction ID）
每个事务在启动时会被分配一个唯一的、单调递增的事务 ID（如 InnoDB 中的 trx_id）。事务 ID 用于判断版本的“可见性”。
3. Read View（读视图）
当一个事务执行读操作时，会创建一个 Read View，用于决定哪些数据版本对该事务可见。
Read View 包含以下关键信息：
m_ids：当前活跃（未提交）事务的 ID 列表。min_trx_id：m_ids中的最小事务 ID。max_trx_id：下一个将要分配的事务 ID（即当前系统中最大事务 ID + 1）。creator_trx_id：创建该 Read View 的事务 ID（只读事务通常为 0）。
四、MVCC 如何判断版本可见性？
这是 MVCC 最核心的逻辑。数据库通过比较记录版本的 trx_id 与 Read View 中的信息，决定该版本是否对当前事务可见。
可见性判断规则（以 InnoDB 为例）：
假设当前记录版本的 trx_id 为 V，Read View 为 R：
- 如果
V < R.min_trx_id
→ 该版本由已提交事务创建，可见。 - 如果
V >= R.max_trx_id
→ 该版本由“未来”事务创建（启动时间晚于当前事务），不可见。 - 如果
V ∈ R.m_ids（即 V 在活跃事务列表中）
→ 该版本由未提交事务创建，不可见。 - 如果
V ∉ R.m_ids且R.min_trx_id <= V < R.max_trx_id
→ 该版本由已提交事务创建，可见。
✅ 简化记忆口诀：
“早于最小活跃事务的，可见；晚于当前事务的，不可见；在活跃列表中的，不可见；其他已提交的，可见。”
五、MVCC 在不同隔离级别下的行为
MVCC 的行为会因事务隔离级别不同而有所调整：
| 隔离级别 | ReadView创建时机 | 行为特点 |
|---|---|---|
| Read Uncommitted | 不使用 MVCC（直接读最新） | 可能读到未提交数据（脏读） |
| Read Committed | 每条 SELECT 语句前创建 | 每次读取都看到最新已提交版本 |
| Repeatable Read | 事务第一次 SELECT 时创建 | 整个事务中看到的数据版本保持一致 |
| Serializable | 通常退化为加锁 | 严格串行，避免幻读 |
⚠️ 注意：MySQL InnoDB 默认隔离级别是 Repeatable Read，其 MVCC 行为保证了可重复读，但对“当前读”（如
SELECT ... FOR UPDATE）仍会加锁。
六、MVCC 实现示例（InnoDB）
我们以 MySQL InnoDB 引擎为例，看看 MVCC 是如何落地的。
1. 隐藏列
InnoDB 为每一行数据隐式添加了三个系统列（用户不可见）：
DB_TRX_ID：最近修改该行的事务 ID。DB_ROLL_PTR：指向 Undo Log 中上一个版本的指针。DB_ROW_ID：行 ID（当表无主键时使用）。
2. Undo Log
Undo Log 用于存储旧版本数据。当 UPDATE 或 DELETE 发生时：
- 旧版本数据写入 Undo Log。
- 当前记录的
DB_ROLL_PTR指向该 Undo 记录。 - 形成版本链。
Undo Log 是“逻辑日志”，记录的是如何逆向操作（如：UPDATE 前的值）。
🧹 Purge 线程：后台线程定期清理不再被任何事务需要的旧版本（即没有 Read View 依赖的版本），释放空间。
3. Read View 创建时机
- RC 级别：每次执行 SELECT 前创建新的 Read View。
- RR 级别：事务中第一次 SELECT 时创建，后续复用。
两种隔离级别下的ReadView图示：
3.1、事务隔离级别为RC（读已提交隔）：
3.2、事务隔离级别为RR（可重复读）：
参考链接：深入理解MySQL的MVCC原理介绍MySQL的MVCC实现初衷（为什么要有MVCC）、实现原理（是如何实现的）、MVC - 掘金