MVCC

6 minAdvanced2026/6/14

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

\text{读操作} \perp \text{写操作}

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）：

\text{visible}(trx\_id) = \begin{cases} \text{true} & \text{if } trx\_id < \text{min\_trx\_id} \\ \text{false} & \text{if } \text{min\_trx\_id} \leq trx\_id < \text{max\_trx\_id} \land trx\_id \in \text{m\_ids} \\ \text{true} & \text{if } \text{min\_trx\_id} \leq trx\_id < \text{max\_trx\_id} \land trx\_id \notin \text{m\_ids} \\ \text{false} & \text{if } trx\_id \geq \text{max\_trx\_id} \end{cases}

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);