什么是并发控制

程序并发读写数据通常有三种场景：

1.并发读
: 例如多个进程同时读取同一个文件

2.并发读写
: 例如，进程A在读文件 F，进程B在写文件 F

3.并发写
: 例如多个进程同时写文件 F

第一种场景不会存在并发冲突的现象，两个进程读取的文件内容都是一样的。

但第二、第三种场景下，如果不对并发进行控制，通常会产生严重的并发冲突，产生不可预知的问题。
例如：进程A读取文件到一半的时候，进程B把文件重写了，那么进程A读取的文件内容就是错误的。

为了解决并发冲突现象，我们就需要引入并发控制的机制，使得程序按照可预期的方式运行。.

并发控制的种类

通常，我们把并发控制的机制分为两类：

1.悲观并发控制
: 基于锁的并发控制，2PL（2 Phase Locking）：
: 1）获得锁阶段； 2）释放锁阶段。

2.乐观并发控制
: 实现算法各不相同， 一般来说都是读写时均不加锁，对数据进行写操作时，再进行验证数据是否已经有更新。如果没有更新，则进行实际写操作。

MVCC （Multi-Version Concurrency Control） 就是一种乐观并发控制算法。

MVCC介绍

回到数据库当中来，对于数据库系统来说，因为同一时间可能会存在很多用户连接，那么许多并发冲突问题就必须解决。

在这样的背景下，数据库管理系统（简称 DBMS）就必须保证并发操作产生的结果是安全的。
一种经典且实现简单的方法就是通过悲观并发控制 2PL来实现，也就是数据库事务隔离当中的最高级别：串行化（Seriailzable）。

通过2PL，DBMS 可以维护读写锁来保证可能产生冲突的事务按照一个良好的次序（well-defined) 执行，这样就可以保证 Serializability。
但是，这种基于锁的并发控制方式也有一些缺点：

· 读锁和写锁会相互阻滞（block）。

· 大部分事务都是只读（read-only）的，所以从事务序列（transaction-ordering）的角度来看是无害的。如果使用基于锁的隔离机制，而且如果有一段很长的读事务的话，在这段时间内这个对象就无法被改写，后面的事务就会被阻塞直到这个事务完成。这种机制对于并发性能来说影响很大。

多版本并发控制（MVCC）以一种优雅的方式来解决这个问题，一般来说有以下几个特点：

· 每行数据都存在多个版本，数据读取时，读取当前最新版本；

· 数据更新时copy出最新版本，多事务间无干扰；

· 数据保存时，比较copy出的版本号和最新版本，如果版本没有更新，则覆盖原纪录（commit）；失败则放弃修改（rollback）。

Mysql的MVCC实现机制

实现概要

Mysql的默认的事务隔离级别 Repeatable Read 就是通过MVCC实现的。
其实现机制，概括起来有两点：

1. 表的每行记录都存在多个版本，便于并发读操作；

2. 写操作基于行级锁。

Mysql的MVCC实现机制在更新、删除操作时借助了锁机制，严格意义上并不能算MVCC。

实现细节

Mysql Server维护了一个自增的事务ID（Transaction ID），每当开启一个新事务，该事务就会获取一个新的唯一事务ID。

Mysql的每一行记录除了可见的字段外，还会有其他隐藏字段，其中和MVCC实现机制息息相关的有三个字段：

1. DATA_TRX_ID , 用于表示创建该记录的事务ID；

2. DATA_ROLL_PTR , 回滚指针，指向前一个版本记录；

3. DELETE_BIT, 删除标示位，用于当前事务的可见性判断以及后续垃圾回收；

INSERT

插入操作时，新增一条记录：

1. DATA_TRX_ID = 当前事务ID

2. DATA_ROLL_PTR = 空

3. DELETE_BIT = 0

UPDATE

更新操作时，新增一条记录 ROW_NEW 并更新老记录 ROW_OLD。

ROW_NEW：

1. DATA_TRX_ID = 当前事务ID

2. DATA_ROLL_PTR = ROW_OLD

3. DELETE_BIT = 0

ROW_OLD:

1. DATA_TRX_ID 保持不变

2. DATA_ROLL_PTR 保持不变

3. DELETE_BIT = 1

DELETE

更新操作时，新增一条记录 ROW_NEW 并更新老记录 ROW_OLD。

ROW_NEW：

1. DATA_TRX_ID = 当前事务ID

2. DATA_ROLL_PTR = ROW_OLD

3. DELETE_BIT = 1

ROW_OLD:

1. DATA_TRX_ID 保持不变

2. DATA_ROLL_PTR 保持不变

3. DELETE_BIT = 0

SELECT

查询操作时，查询出来的记录需要满足两个条件：

1. DATA_TRX_ID <= 当前事务ID

2. DELETE_BIT == 0

因为每一行有很多个版本，一次事务读取只会取符合条件的最大的 DATA_TRX_ID 记录。

总结

Mysql 的 MVCC实现借助了锁机制，读无需加锁，写需要加排它锁。

借助于多版本，读的并发效率大大增加。
同时，在Repeatable Read事务隔离级别下，每个事务执行期间都只能读取到该次事务发生之前的数据版本，故而可以解决脏读、非重复读、幻读等现象。

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