MVCC
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SQL多版本并发控制MVCC：版本链、快照读、Read View、可见性判断与垃圾回收机制
1. MVCC 概述
多版本并发控制（Multi-Version Concurrency Control，MVCC）是现代数据库实现高并发读写的核心机制。通过保存数据的多个版本，实现读不阻塞写、写不阻塞读。
1.1 MVCC 核心思想
- 读操作：访问数据的历史版本（快照读），不需要加锁
- 写操作：创建数据的新版本，不影响正在读取旧版本的事务
1.2 MVCC vs 锁机制
| 特性 | MVCC | 锁机制 |
|---|---|---|
| 读写冲突 | 无 | 有 |
| 并发度 | 高 | 低 |
| 存储开销 | 多版本存储 | 锁管理开销 |
| 适用场景 | 读多写少 | 写多 |
2. MVCC 实现原理
2.1 版本链
每行数据包含隐藏列，用于构建版本链：
InnoDB 隐藏列：
| 列名 | 大小 | 用途 |
|---|---|---|
| DB_TRX_ID | 6字节 | 最后修改该行的事务ID |
| DB_ROLL_PTR | 7字节 | 回滚指针，指向undo log中的前版本 |
| DB_ROW_ID | 6字节 | 隐藏自增ID（无主键时使用） |
当前行：{data_v3, trx_id=300, roll_ptr → undo_v2}
↓
undo_v2：{data_v2, trx_id=200, roll_ptr → undo_v1}
↓
undo_v1：{data_v1, trx_id=100, roll_ptr → NULL}2.2 Read View（读视图）
Read View 决定当前事务能看到哪些版本的数据。
InnoDB Read View 结构：
| 字段 | 含义 |
|---|---|
| m_ids | 创建 Read View 时所有活跃事务ID列表 |
| min_trx_id | 活跃事务中最小的事务ID |
| max_trx_id | 下一个将分配的事务ID（最大ID + 1） |
| creator_trx_id | 创建该 Read View 的事务ID |
2.3 可见性判断规则
对于版本链中某个版本（trx_id）：
简化规则：
- 版本的事务ID < min_trx_id → 可见（事务已提交）
- 版本的事务ID 在 m_ids 中 → 不可见（事务未提交）
- 版本的事务ID ≥ max_trx_id → 不可见（事务在 Read View 创建后开始）
- 版本的事务ID 在 [min, max) 但不在 m_ids 中 → 可见（事务已提交）
2.4 版本遍历过程
1. 读取当前行的 trx_id
2. 判断当前版本是否可见
3. 如果不可见，沿 roll_ptr 找到上一个版本
4. 重复步骤2-3，直到找到可见版本或版本链结束3. 不同隔离级别的 MVCC 行为
3.1 READ COMMITTED
-- 每次 SELECT 创建新的 Read View
BEGIN;
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1; -- 创建 Read View 1
-- 事务B修改并提交
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1; -- 创建 Read View 2，能看到事务B的修改
COMMIT;3.2 REPEATABLE READ
-- 事务开始时创建 Read View，后续复用
BEGIN;
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1; -- 创建 Read View（唯一）
-- 事务B修改并提交
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1; -- 复用 Read View，看不到事务B的修改
COMMIT;4. PostgreSQL 的 MVCC 实现
4.1 行头信息
PostgreSQL 每行数据包含：
| 字段 | 含义 |
|---|---|
| xmin | 插入该行的事务ID |
| xmax | 删除/更新该行的事务ID（0表示未删除） |
-- 查看行版本信息
SELECT xmin, xmax, * FROM employees WHERE id = 1;4.2 可见性判断
-- PostgreSQL 可见性规则（简化）
-- 行可见当：
-- 1. xmin 对应的事务已提交
-- 2. xmax 为 0 或 xmax 对应的事务未提交
-- 使用 pg_snapshot 理解可见性
SELECT txid_current(); -- 当前事务ID
SELECT txid_snapshot_current(); -- 当前快照4.3 UPDATE = DELETE + INSERT
-- PostgreSQL 的 UPDATE 创建新行版本
UPDATE employees SET salary = 60000 WHERE id = 1;
-- 旧行：xmax = 当前事务ID（标记为已删除）
-- 新行：xmin = 当前事务ID（新版本）5. MVCC 与当前读
5.1 快照读 vs 当前读
| 类型 | 语句 | 读取内容 |
|---|---|---|
| 快照读 | 普通 SELECT | MVCC 历史版本 |
| 当前读 | SELECT FOR UPDATE | 最新已提交数据 |
| 当前读 | SELECT LOCK IN SHARE MODE | 最新已提交数据 |
| 当前读 | INSERT, UPDATE, DELETE | 最新已提交数据 |
-- 快照读：使用 MVCC
SELECT * FROM employees WHERE id = 1;
-- 当前读：读取最新数据并加锁
SELECT * FROM employees WHERE id = 1 FOR UPDATE;
UPDATE employees SET salary = 60000 WHERE id = 1;6. MVCC 的空间回收
6.1 版本堆积问题
MVCC 保留历史版本，导致空间不断增长：
- 已提交事务的旧版本可能仍被其他事务引用
- 长事务会阻止旧版本清理
- 频繁更新导致表膨胀
6.2 清理机制
InnoDB：
- Purge 线程：清理不再需要的 undo log
- 条件：该版本对所有活跃事务都不可见
PostgreSQL：
- VACUUM：标记死行空间为可重用
- Autovacuum：自动触发清理
- VACUUM FULL：重建表，回收所有空间
-- PostgreSQL 手动清理
VACUUM employees; -- 标记死行空间可重用
VACUUM FULL employees; -- 重建表，回收空间（锁表）
-- 查看表膨胀
SELECT schemaname, relname,
pg_size_pretty(pg_total_relation_size(relid)) AS total_size,
n_dead_tup
FROM pg_stat_user_tables
ORDER BY n_dead_tup DESC;6.3 防止版本堆积
-- 避免长事务
SELECT pid, now() - xact_start AS duration, query
FROM pg_stat_activity
WHERE xact_start IS NOT NULL
ORDER BY duration DESC;
-- 设置事务超时
SET idle_in_transaction_session_timeout = '5min'; -- PostgreSQL
SET innodb_kill_idle_transaction = 60; -- MySQL
-- 定期 VACUUM（PostgreSQL）
-- 配置 autovacuum 参数
ALTER TABLE employees SET (autovacuum_vacuum_scale_factor = 0.1);