MySQL InnoDB MVCC 多版本并发控制实现原理

核心问题

在没有 MVCC 的情况下，为了保证事务隔离性（如可重复读），通常使用锁机制。这会导致'读 - 写'和'写 - 读'冲突。MVCC 通过创建数据的历史版本来解决这一问题。

核心思想： 为每行数据维护多个历史版本。当事务读取数据时，看到的是在它开始之前已提交的某个一致性快照，不受其他事务修改影响。

实现基石

MVCC 的实现依赖于三个核心组件：隐藏字段、Undo Log 和 Read View。

1. 隐藏字段

InnoDB 为每一行数据添加了三个系统隐藏字段：

DB_TRX_ID (6 字节)：事务 ID，表示最后一次插入或更新该行的事务 ID。
DB_ROLL_PTR (7 字节)：回滚指针，指向该行数据的上一个历史版本，存储在 Undo Log 中。
DB_ROW_ID (6 字节)：行 ID，单调递增。若无主键，InnoDB 基于此生成聚簇索引。

（图：隐藏字段结构）

2. Undo Log

Undo Log 存储了数据行的历史版本，是 MVCC 的关键。

工作原理：

UPDATE / DELETE： 先将当前版本复制到 Undo Log，新版本的 DB_ROLL_PTR 指向旧版本。然后修改表中数据。
INSERT： 新插入的数据对之前事务不可见，Undo Log 主要用于回滚。

通过 DB_ROLL_PTR，一行数据的所有历史版本被串联成链表，称为版本链，存放在 Undo Log 中。

（图：版本链结构）

3. Read View（读视图）

Read View 是事务在进行快照读操作时产生的，定义了当前事务能看到哪些版本的数据。

主要属性：

m_ids：生成 Read View 时，系统中活跃的未提交事务 ID 列表。
min_trx_id：m_ids 中的最小值。
max_trx_id：生成 Read View 时，系统应分配给下一个事务的 ID。
creator_trx_id：创建该 Read View 的事务 ID。

可见性算法

当事务执行快照读时，遍历版本链并利用 Read View 判断版本可见性。假设版本对应事务 ID 为 trx_id：

若 trx_id == creator_trx_id：当前事务自己修改的，可见。
若 trx_id < min_trx_id：在 Read View 创建前已提交，可见。
若 trx_id >= max_trx_id：在 Read View 创建后开启，不可见。
若 min_trx_id <= trx_id < max_trx_id：检查 trx_id 是否在 m_ids 中。若在（活跃），不可见；若不在（已提交），可见。

（图：可见性判断流程图）

不同隔离级别下的表现

MVCC 主要在 READ COMMITTED 和 REPEATABLE READ 下工作。

1. REPEATABLE READ（可重复读）

特性： 同一事务中第一次快照读创建 Read View，后续复用该视图。
效果： 无论其他事务如何提交，本事务看到的数据快照始终一致。

2. READ COMMITTED（读已提交）

特性： 每次快照读都会生成一个新的独立 Read View。
效果： 每次都能看到本次查询开始前已提交的所有事务修改。

总结

每行数据有隐藏字段 DB_TRX_ID 和 DB_ROLL_PTR。
修改操作在 Undo Log 中创建历史版本，形成版本链。
事务在快照读时生成 Read View（RC 每次生成，RR 第一次生成）。
通过可见性算法遍历版本链，找到对当前事务可见的版本。

补充说明

快照读 vs 当前读
- 快照读：普通 SELECT，基于 MVCC 读取历史版本，不加锁。
- 当前读：特殊 SELECT（如 FOR UPDATE）及 INSERT/UPDATE/DELETE，读取最新版本并加锁。
Purge 操作
- 后台 Purge 线程清理不再被任何事务 Read View 需要的旧版本数据，释放空间。

MySQL InnoDB MVCC 多版本并发控制实现原理