⭐ 题目日期：

阿里 - 2024/8/21

📝 题解：

MVCC（多版本并发控制，Multi-Version Concurrency Control） 是数据库管理系统（如 MySQL InnoDB、PostgreSQL）中实现高并发访问的核心技术。它通过维护数据的多个版本来避免读写操作之间的冲突，从而在不加锁的情况下保证事务的隔离性，显著提升并发性能。

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MVCC 的核心作用

1. 实现无锁读操作（Non-Locking Read）

• 读写不阻塞：读操作不会阻塞写操作，写操作也不会阻塞读操作。
  例如：事务 A 在读取数据时，事务 B 仍可修改同一数据，两者互不影响。
• 避免锁竞争：传统锁机制（如行锁）会导致大量线程等待，MVCC 通过多版本机制减少锁争用。

2. 支持事务隔离级别

• 读已提交（Read Committed）：读取其他事务已提交的最新数据。
• 可重复读（Repeatable Read）（InnoDB 的默认隔离级别）：事务内多次读取同一数据时，结果一致（基于事务开始的快照）。
• 解决脏读、不可重复读问题，但无法完全解决幻读（需结合间隙锁）。

3. 基于版本链的并发控制

• 数据版本链：每一行数据隐含两个字段（DB_TRX_ID 和 DB_ROLL_PTR）：
  • DB_TRX_ID：最后修改该数据的事务 ID。
  • DB_ROLL_PTR：指向 undo log 中旧版本数据的指针，形成版本链。
• 快照读（Snapshot Read）：事务读取时，基于版本链选择可见的数据版本（由事务 ID 和活跃事务列表决定）。

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MVCC 的实现原理

1. 数据版本管理

• 插入/更新操作：
  修改数据时，旧版本数据会存入 undo log，新版本通过 DB_ROLL_PTR 指向旧版本，形成版本链。
• 删除操作：
  标记数据为删除状态，实际数据在版本链中保留，直到无事务需要访问旧版本。

2. 可见性判断（ReadView）

• 事务首次读取数据时生成 ReadView，记录当前活跃事务 ID 列表。
• 根据以下规则判断数据版本是否可见：
  1. 如果数据版本的 DB_TRX_ID 小于当前事务 ID，且不在活跃事务列表中 → 可见。
  2. 如果数据版本的 DB_TRX_ID 是当前事务自身的 ID → 可见。
  3. 其他情况 → 不可见，需沿版本链查找更旧的版本。

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MVCC 的优缺点

优点

• 高并发：读写操作互不阻塞，适合读多写少的场景。
• 一致性快照：事务读取的数据基于时间点快照，保证可重复读。
• 减少锁开销：避免频繁加锁，提升吞吐量。

缺点

• 存储开销：需维护多版本数据和 undo log，占用额外空间。
• 历史数据清理：旧版本数据需在无事务访问后由 purge 线程清理。

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MVCC 在 InnoDB 中的实践

• 隔离级别支持：
  • 读已提交（RC）：每次读取生成新 ReadView，看到已提交的最新数据。
  • 可重复读（RR）：事务内首次读取生成 ReadView，后续复用该视图，保证一致性。
• 与锁的协同：
  MVCC 处理读操作，写操作仍会加锁（如行锁、间隙锁）保证写并发安全。

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示例场景

1. 事务 A 读取数据：
   • 生成 ReadView，找到版本链中符合可见性规则的数据。
2. 事务 B 修改数据：
   • 写入新版本并更新 DB_TRX_ID，旧版本存入 undo log。
3. 事务 A 再次读取：
   • RR 隔离级别下，仍读取旧版本（ReadView 未更新）；RC 级别下读取新版本（生成新 ReadView）。

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总结

MVCC 通过多版本数据链和快照读机制，在保证事务隔离性的同时，极大提升了数据库的并发性能。它是实现高并发、高响应数据库系统的关键技术，也是 InnoDB 默认隔离级别（可重复读）的基石。