永嘉网站制作,aso优化技术,玉溪市城乡建设局网站,如何申请域名备案MVCC#xff08;Multi-Version Concurrency Control#xff09;即多版本并发控制#xff0c;是 MySQL 的 InnoDB 存储引擎实现并发控制的一种重要技术。它在很多情况下避免了加锁操作#xff0c;从而提高了数据库的并发性能。
一、原理
MVCC 的核心思想是通过保存数据在某…MVCCMulti-Version Concurrency Control即多版本并发控制是 MySQL 的 InnoDB 存储引擎实现并发控制的一种重要技术。它在很多情况下避免了加锁操作从而提高了数据库的并发性能。
一、原理
MVCC 的核心思想是通过保存数据在某个时间点的快照来实现并发控制。
在 MVCC 模型下每个事务在启动时会看到一个数据库的一致性视图该视图是由事务启动时数据库中所有已提交事务的状态决定的。
事务只能看到在其启动之前已经提交的事务所做的更改而看不到在其启动之后其他事务的未提交更改或新插入的数据这样就避免了脏读、不可重复读等问题。
二、实现方式
InnoDB 存储引擎通过几个关键要素来实现 MVCC包括隐藏列、回滚段undo log、事务 ID 和一致性视图Read View。
1. 隐藏列
InnoDB 为表中的每一行记录添加了三个隐藏列 DB_TRX_ID记录最近一次对该记录进行修改INSERT、UPDATE的事务 ID。当一个事务对记录进行插入操作时会将自己的事务 ID 赋值给该记录的 DB_TRX_ID 列。 DB_ROLL_PTR回滚指针指向该记录的上一个版本所在的回滚段undo log。当对记录进行修改时会将修改前的记录版本信息存储在回滚段中并通过 DB_ROLL_PTR 指针指向该版本。 DB_ROW_ID如果表中没有定义主键且没有唯一的非空索引InnoDB 会自动为表添加一个隐藏的自增主键 DB_ROW_ID。
2. 回滚段undo log
回滚段用于存储记录的旧版本信息。当一个事务对记录进行修改时会将修改前的记录版本信息存储在回滚段中并通过 DB_ROLL_PTR 指针将当前记录与旧版本记录连接起来形成一个版本链。通过版本链我们可以找到记录在不同时间点的所有版本。 在 MySQL InnoDB 引擎中回滚段undo log的合理配置对于数据库的性能、事务处理以及数据恢复等方面都至关重要。 关键配置参数 1. innodb_undo_logs 作用该参数用于设置 InnoDB 存储引擎中回滚段的数量。在 MySQL 5.6 及以后的版本中默认值通常为 128 个。增加回滚段的数量可以提高并发事务处理能力因为多个事务可以同时使用不同的回滚段减少了回滚段的竞争。 配置示例若要将回滚段数量设置为 256可以在 MySQL 配置文件通常是 my.cnf 或 my.ini中添加或修改如下配置 [mysqld]
innodb_undo_logs 256 2. innodb_undo_tablespaces 作用此参数用于指定回滚段所在的表空间数量。从 MySQL 5.6 开始InnoDB 支持将回滚段存储在独立的表空间中这样可以更好地管理回滚段的空间。设置多个回滚段表空间可以分散 I/O 负载提高性能。 配置示例假设要将回滚段存储在 3 个独立的表空间中可在配置文件中添加 [mysqld]
innodb_undo_tablespaces 3 3. innodb_max_undo_log_size 作用该参数限制了单个回滚段文件的最大大小。当回滚段文件达到这个大小后InnoDB 会尝试回收不再使用的 undo log 空间。如果无法回收足够的空间可能会导致事务等待或报错。 配置示例若要将单个回滚段文件的最大大小设置为 2GB可以在配置文件中添加 [mysqld]
innodb_max_undo_log_size 2G 4. innodb_undo_log_truncate 作用这是一个布尔型参数用于控制是否启用回滚段文件的截断功能。当设置为 ON 时InnoDB 会在合适的时机自动截断回滚段文件释放不再使用的空间。默认值为 OFF。 配置示例若要启用回滚段文件截断功能可在配置文件中添加 [mysqld]
innodb_undo_log_truncate ON 配置建议 根据并发情况调整回滚段数量如果数据库中有大量的并发事务适当增加 innodb_undo_logs 的值可以减少回滚段的竞争提高并发性能。但过多的回滚段也会增加系统管理的开销需要根据实际情况进行权衡。 使用独立的回滚段表空间将回滚段存储在独立的表空间中通过设置 innodb_undo_tablespaces可以提高 I/O 性能尤其是在高并发场景下。 合理设置回滚段文件大小innodb_max_undo_log_size 的设置需要考虑数据库的事务大小和频率。如果事务较大或频繁可适当增大该值反之则可以减小。 启用回滚段文件截断功能对于长期运行的数据库启用 innodb_undo_log_truncate 可以有效地管理回滚段的空间避免回滚段文件无限增长。 3. 事务 ID
每个事务在启动时会被分配一个唯一的事务 ID事务 ID 是一个单调递增的整数。通过比较事务 ID 的大小我们可以判断事务的先后顺序。
4. 一致性视图Read View
一致性视图是 MVCC 的关键机制之一它是一个事务在启动时生成的用于判断当前事务可以看到哪些版本的记录。一致性视图中包含了以下几个重要信息 低水位trx_ids_min当前所有活跃事务中最小的事务 ID。 高水位trx_ids_max生成该视图时系统分配的下一个事务 ID。 活跃事务列表trx_ids生成该视图时所有活跃事务的事务 ID 列表。
5. 工作流程
MVCC 的工作流程主要涉及读操作和写操作
读操作
当一个事务要读取某条记录时会根据记录的 DB_TRX_ID 和一致性视图的信息来判断是否可以看到该记录的当前版本。具体规则如下 如果 DB_TRX_ID trx_ids_min即最近修改数据的事务 ID 小于 当前所有活跃事务的最小事务 ID表示该记录的修改事务在当前事务启动之前已经提交当前事务可以看到该记录的当前版本。 如果 DB_TRX_ID trx_ids_max即最近修改数据的事务 ID 大于等于 生成该视图时系统分配的下一个事务 ID表示该记录的修改事务在当前事务启动之后才启动当前事务看不到该记录的当前版本需要通过 DB_ROLL_PTR 指针查找旧版本。 如果 trx_ids_min DB_TRX_ID trx_ids_max需要判断 DB_TRX_ID 是否在活跃事务列表 trx_ids 中 如果在列表中表示该记录的修改事务在当前事务启动时还未提交当前事务看不到该记录的当前版本需要通过 DB_ROLL_PTR 指针查找旧版本。 如果不在列表中表示该记录的修改事务在当前事务启动时已经提交当前事务可以看到该记录的当前版本。
写操作
当一个事务要对某条记录进行修改时会将修改前的记录版本信息存储在回滚段中并更新记录的 DB_TRX_ID 和 DB_ROLL_PTR 列。具体步骤如下 将修改前的记录版本信息复制到回滚段中。 更新记录的 DB_TRX_ID 列将其设置为当前事务的事务 ID。 更新记录的 DB_ROLL_PTR 指针使其指向回滚段中存储的旧版本记录。 对记录进行实际的修改操作。
通过这种方式写操作会创建一个新的数据版本而不会影响其他事务对旧版本的读取。不同事务可以在不同的版本上进行操作从而实现了读写操作的并发执行。
综上所述MVCC 通过隐藏列、回滚段、事务 ID 和一致性视图等机制实现了读写操作的并发执行提高了数据库的并发性能同时保证了数据的一致性。不同的事务隔离级别会影响一致性视图的生成和使用方式从而实现不同程度的数据隔离。
三、对比
MVCC多版本并发控制和传统的锁机制都是数据库中用于实现并发控制的重要技术它们各自具有独特的优缺点以下是详细对比
优点对比
MVCC 高并发性能 MVCC 允许多个事务在不同版本的数据上进行读写操作避免了大部分情况下的读写锁冲突。读操作可以直接读取数据的历史版本无需等待写操作释放锁写操作也不会阻塞读操作从而显著提高了数据库的并发处理能力。例如在一个高并发的电商系统中大量用户同时进行商品信息的查询读操作和订单的创建写操作MVCC 可以让这些操作并行执行减少用户的等待时间。 实现事务隔离 能够方便地实现不同的事务隔离级别如读已提交Read Committed和可重复读Repeatable Read。通过一致性视图Read View事务可以看到特定时间点的数据快照保证了数据的一致性和隔离性。在可重复读隔离级别下一个事务在整个生命周期内多次读取同一数据时会看到相同的结果避免了不可重复读和部分幻读问题。 减少死锁概率 由于读操作通常不需要加锁减少了锁的使用从而降低了死锁发生的可能性。死锁是传统锁机制中常见的问题当多个事务相互等待对方释放锁时就会导致死锁的发生。MVCC 的使用使得事务之间的锁竞争减少系统的稳定性得到提高。
传统锁机制 强一致性保证 传统锁机制可以提供严格的一致性保证确保在同一时间只有一个事务可以访问或修改数据。在串行化隔离级别下通过对数据加锁保证了事务的串行执行避免了任何并发问题如脏读、不可重复读和幻读适用于对数据一致性要求极高的场景如金融交易系统。 精确控制并发 可以精确地控制事务对数据的访问权限根据不同的业务需求选择不同类型的锁如共享锁、排他锁和加锁粒度如行锁、表锁。例如在某些情况下需要对整个表进行锁定以确保数据的完整性传统锁机制可以很方便地实现这一点。
缺点对比
MVCC 占用额外存储空间 为了保存数据的多个版本MVCC 需要使用回滚段undo log来存储旧版本信息这会占用额外的磁盘空间。随着数据的不断更新和版本的增加回滚段的空间开销会逐渐增大需要进行定期的清理和管理。 回滚段管理开销 对回滚段的管理需要额外的系统资源和时间开销。包括回滚段的分配、回收以及过期版本的清理等操作都会影响数据库的性能。如果回滚段管理不当可能会导致性能下降或空间浪费。 不支持完全序列化隔离 MVCC 不能完全实现序列化隔离级别在某些情况下可能会出现幻读问题。虽然在可重复读隔离级别下可以避免大部分幻读但在极端情况下仍然可能需要使用额外的锁机制来解决幻读问题。
传统锁机制 低并发性能 传统锁机制会导致读写操作之间的锁竞争当多个事务同时访问相同的数据时会出现大量的锁等待现象降低了数据库的并发性能。例如一个写操作对数据加了排他锁其他事务的读操作和写操作都需要等待该锁释放从而导致系统响应时间变长。 死锁风险高 由于锁的使用多个事务之间可能会形成循环等待锁的情况从而导致死锁的发生。死锁的检测和处理需要额外的系统开销并且会影响事务的正常执行降低系统的可靠性。 锁粒度选择困难 选择合适的锁粒度是一个难题。如果锁粒度太粗如表锁会导致并发性能下降如果锁粒度太细如行锁会增加锁的管理开销和死锁的风险。在实际应用中需要根据具体的业务场景和数据访问模式来选择合适的锁粒度。
