深入理解MySQL中MVCC与BufferPool缓存机制

一、MVCC机制

• MVCC(Multi Version Concurrency Control)，MySQL(默认)RR隔离级别就是通过该机制来保证的，对一行数据的读与写两个操作默认是不会通过加锁互斥来保证隔离性的
• 串行化隔离级别是为了保证较高的隔离性，是通过将所有操作加锁互斥来实现的
• MySQL在RC隔离级别和RR隔离级别下都实现了MVCC机制
• RC每次查询都会创建一个reade-view，而RR在创建完read-view之后，在不提交事务之前，每次查询还是第一次创建的read-view

undo日志版本链与read-view机制

• undo日志版本链是指一行数据被多个事务一次修改后，当每个事务修改完之后，MySQL会保留修改前的数据undo回滚日志，并且用两个隐藏字段trx_id和roll_pointer把只写undo日志串联起来形成一个历史记录版本链.
• RR隔离级别，当事务开启，执行任何SQL时会生成当前事务的read-view一致性视图，该视图在事务结束之前都不会变化(如果是RC隔离界别在每次执行查询SQL时都会重新生成最新的read-view)，这个视图由执行查询时所有未提交的事务id数组(数组里最小的id为min_id)和已创建的最大事务id(max_id)组成，事务里任何SQL查询结果需要从对应版本链里的最新数据开始逐条跟read-view作比对，从而得到最终的结果

版本链比对规则

• 如果row的trx_id落在绿色部分(trx < min_id)，表示这个版本是已提交的事务生成的，这个数据是可见的
• 如果row的trx_id落在红色部分(trx > max_id)，表示这个版本是由将来启动的(未开始)事务生成的，是不可见的(若row的trx_id就是当前自己的事务是可见的)
• 如果 row 的 trx_id 落在黄色部分(min_id <= trx_id <= max_id),那就包括两种情况
  • 若 row 的 trx_id 在视图数组中，表示这个版本是由还没提交的事务生成的不可见(若 row 的 trx_id 就是当前自己的事务是可见的)
  • 若 row 的 trx_id 不在视图数组中，表示这个版本是已经提交了的事务生成的可见

二、BufferPool机制

InnoDB执行的BufferPool缓存机制：

InnoDB的SQL执行流程：

• 当客户端执行一条修改的SQL，需要经过Server层，再调用具体的执行引擎
• 加载数据页，把需要修改数据所在的数据页，缓存到BufferPool
• 修改前写undo日志，记录更改前数据，如果事务执行失败，使用undo日志进行数据回滚
• 更新BufferPool中的数据
• 准备提交事务写redo日志，保存操作记录。redo日志用来恢复已提交事务的BufferPool
• 准备提交事务写binlog日志，保存操作记录。binlog日志用来恢复磁盘数据
• 事务提交完成，此时binlog日志写入成功，并且在redo日志中记录了commit标记。事务提交完成后binlog日志和redo日志数据保持一致
• 数据持久化，IO线程不定期把BufferPool中的数据随机写入到磁盘，完成持久化

三、总结

MVCC实现机制(为什么同一个事务第一次查询出来之后，就算其它事务把新数据修改了，当前事务还是看到之前的数据)

• 它内部实际有个undo日志版本链，然后在事务第一次查询的时候，它会生成一个read-view一致性视图，然后我们后面所有查询的数据都会根据我们的那个undo日志版本链去跟我们当前的read-view里面按照一定的规则逐行去比对查找对应的数据

BufferPool机制：

• 数据库的增删改查都是直接操作BufferPool的，当我们执行一条修改的SQL经历过Server层之后会调用具体的执行引擎，然后将相关的数据页加载到BufferPool中，修改前写undo日志，记录修改前的数据为了方便事务失败之后的回滚，然后更新BufferPool，准备提交事务写redo日志保存操作记录，因为如果MySQL宕机了会从redo日志中将数据恢复到BufferPool中，然后会写binlog日志，保存操作记录，因为当我们删除数据库跑路时，binlog是用来恢复磁盘数据的，事务提交完成后，binlog日志写入成功，并且在redo日志记录提交标记，此时redo日志和binlog日志数据一致，而redo日志采用顺序IO写入，这样效率堪比内存操作。对于数据持久化，InnoDB会有个后台线程定时去将缓存刷到磁盘里

为什么MySQL不能直接更新磁盘上的数据而是设置了这么一套复杂的机制来执行SQL

• 因为来一个请求直接对磁盘文件进行随机读写，然后更新磁盘文件里的数据性能可能相当差.
• 因为磁盘随机读写的性能是非常差的，所以直接更新磁盘文件时不能让数据库抗住高并发的
• MySQL这套机制看起来很复杂，但它可以保证每个更新请求都是更新内存BufferPool，然后顺序写日志文件，同时还能保证各种异常情况下的数据一致性
• 更新内存的性能是极高的，然后顺序写磁盘上的日志文件的性能也是非常高的,要远高于随机读写磁盘文件，正是通过这套机制，才能让我们的MySQL数据库在较高配置的机器上每秒可以抗下几千甚至上完的读写请求

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