MVCC 与并发控制

什么是 MVCC

MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制）通过保存数据的多个版本，让读写操作不互相阻塞，实现高并发。

传统锁 vs MVCC

传统锁：

• 读加共享锁，写加排他锁
• 读写互斥，并发低

MVCC：

• 读不加锁，写也不阻塞读
• 每个事务看到数据的一个快照
• 读写并发度高

MVCC 原理

每行数据有多个版本，每个版本有：

• 事务 ID：创建这个版本的事务
• 数据内容：该版本的数据
• 可见性信息：哪些事务可以看到这个版本

示例：更新操作

-- 初始数据：balance = 100（版本 V1）

-- 事务 1：开始（事务 ID = 100）
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = 200 WHERE id = 1;  -- 创建版本 V2
-- 未提交

-- 事务 2：开始（事务 ID = 101）
BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 仍然读到 V1（100）
COMMIT;

-- 事务 1
COMMIT;  -- V2 生效

-- 事务 3
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 读到 V2（200）

工作原理：

• 事务 1 创建新版本 V2（balance = 200），但未提交
• 事务 2 开始时创建快照，只能看到 V1
• 事务 1 提交后，V2 对新事务可见

PostgreSQL 的 MVCC

数据结构

每行有隐藏列：

• xmin：创建该版本的事务 ID
• xmax：删除该版本的事务 ID（0 表示未删除）

-- 查看隐藏列
SELECT xmin, xmax, * FROM accounts;

输出：

 xmin | xmax | id | balance
------+------+----+---------
  100 |    0 |  1 |  200

可见性规则

事务读取数据时，检查：

1. xmin 已提交且 ≤ 快照事务 ID → 可见
2. xmax 未提交或 > 快照事务 ID → 可见
3. 否则不可见

VACUUM

旧版本积累会占用空间，VACUUM 清理：

-- 手动 VACUUM
VACUUM accounts;

-- 完整 VACUUM（重建表）
VACUUM FULL accounts;

-- 查看统计
SELECT schemaname, tablename, n_dead_tup, n_live_tup
FROM pg_stat_user_tables;

自动 VACUUM：PostgreSQL 默认启用，定期清理。

MySQL InnoDB 的 MVCC

Undo Log

InnoDB 使用 Undo Log 存储旧版本：

• 当前数据在表中
• 旧版本在 Undo Log 中
• 通过回滚指针链接版本

Read View

每个事务创建 Read View（快照）：

• trx_id_min：最小活跃事务 ID
• trx_id_max：下一个事务 ID
• trx_id_list：活跃事务列表

可见性判断

IF 行的 trx_id < trx_id_min THEN
    可见（已提交）
ELSE IF 行的 trx_id >= trx_id_max THEN
    不可见（未来事务）
ELSE IF 行的 trx_id IN trx_id_list THEN
    不可见（活跃事务）
ELSE
    可见（已提交）

Purge

后台线程定期清理 Undo Log 中的旧版本。

MVCC 与隔离级别

READ COMMITTED

每条 SQL 创建新快照：

BEGIN;
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 快照 1：100

-- 其他事务提交：balance = 200

SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 快照 2：200（新快照）
COMMIT;

REPEATABLE READ

事务开始时创建快照，整个事务使用同一快照：

BEGIN;  -- 创建快照
SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 100

-- 其他事务提交：balance = 200

SELECT balance FROM accounts WHERE id = 1;  -- 仍然 100（同一快照）
COMMIT;

MVCC 的优势

1. 读写不阻塞：读操作不加锁，写操作不阻塞读
2. 高并发：多个事务可以并发执行
3. 一致性快照：事务看到一致的数据视图

MVCC 的代价

1. 空间开销：存储多个版本
2. 清理成本：需要定期 VACUUM/Purge
3. 复杂性：实现和调试更复杂

实际应用

长时间运行的查询

-- 不会阻塞其他事务的写操作
BEGIN;
SELECT COUNT(*) FROM orders WHERE order_date > '2025-01-01';  -- 耗时查询
COMMIT;

-- 其他事务可以正常 INSERT/UPDATE

报表生成

-- 创建一致性快照
BEGIN ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

-- 生成报表（多个查询）
SELECT SUM(amount) FROM orders;
SELECT COUNT(*) FROM users;
-- 数据一致，不受其他事务影响

COMMIT;

避免幻读

-- MySQL REPEATABLE READ
BEGIN;
SELECT COUNT(*) FROM orders WHERE user_id = 1;  -- 5

-- 其他事务插入
-- INSERT INTO orders (user_id, ...) VALUES (1, ...);

SELECT COUNT(*) FROM orders WHERE user_id = 1;  -- 仍然 5（MVCC 快照）
COMMIT;

监控与优化

PostgreSQL

-- 查看表膨胀
SELECT schemaname, tablename, 
    pg_size_pretty(pg_total_relation_size(schemaname||'.'||tablename)) AS size,
    n_dead_tup
FROM pg_stat_user_tables
ORDER BY n_dead_tup DESC;

-- 配置自动 VACUUM
ALTER TABLE accounts SET (autovacuum_vacuum_threshold = 1000);

MySQL

-- 查看 Undo Log 大小
SHOW ENGINE INNODB STATUS;

-- 查看 Purge 进度
SELECT * FROM information_schema.innodb_trx;

练习

1. 查看版本：在 PostgreSQL 中查看 xmin、xmax，观察版本变化。
2. 快照测试：在 REPEATABLE READ 下，验证快照的一致性。
3. VACUUM：执行 VACUUM，观察空间回收。
4. 并发测试：多个会话并发读写，验证 MVCC 不阻塞。
5. 监控：查看表膨胀和死元组数量。
6. 隔离级别对比：对比 READ COMMITTED 和 REPEATABLE READ 的快照行为。
7. 长事务问题：启动长事务，观察 VACUUM 受阻。
8. 实际场景：设计报表系统，使用 MVCC 实现一致性快照。

完成练习后，打开本章答案页核对。

本章小结

第五章学习了事务和并发控制：

• 事务基础：BEGIN、COMMIT、ROLLBACK
• ACID 原则：原子性、一致性、隔离性、持久性
• 隔离级别：READ UNCOMMITTED 到 SERIALIZABLE
• 锁机制：共享锁、排他锁、死锁处理
• MVCC：多版本并发控制，实现高并发

第六章将学习索引与性能优化。

回到第五章概览 · 返回SQL 学习路线