理解 MySQL 中的 MVCC 和快照读

在 MySQL 中，MVCC（多版本并发控制） 是用于处理高并发事务的关键机制。它通过管理数据的多个版本，允许多个事务并行运行，确保数据库的一致性和隔离性，避免加锁，提高并发能力。

什么是 MVCC

MVCC（多版本并发控制）是一个允许多个事务并行执行而不会互相干扰的机制。它通过给每个事务分配一个唯一的事务 ID，并维护数据的多个版本，确保并发事务之间的数据一致性，避免加锁，提高并发能力。

MVCC 的核心元素

• 事务 ID：每个事务都有一个唯一的事务 ID。通过事务 ID，InnoDB 能够区分不同版本的数据。
• 回滚段（Undo Logs）：每个操作（如插入、更新、删除）都会在回滚段中记录一份旧的数据版本。当需要恢复到某个时间点时，InnoDB 会使用这些回滚日志。
• 可见性：事务在读取数据时，会根据事务 ID 和回滚段来判断数据的版本，确保查询的数据是事务开始时的快照。

快照读（Consistent Read）实现

快照读是 MVCC 的核心，指的是在查询时提供一致的视图，即使其他事务在此期间进行了更新。具体实现如下：

1. 事务开始时创建一个快照：InnoDB 会为每个事务创建一个数据快照，保存该时刻的数据版本。
2. 查询时使用快照数据：当事务执行查询时，InnoDB 会返回符合事务开始时快照的数据，而不是最新的数据。
3. 通过 Undo Logs 实现一致性：InnoDB 会通过扫描回滚段（Undo Logs）来获取历史版本的数据，确保快照数据的一致性。

快照读的工作原理

• 在查询时，InnoDB 会根据事务 ID 和回滚段中的数据版本，确定哪些数据是可见的。
• 事务会看到从其开始时的快照数据，而其他事务对数据的插入、更新操作不会影响当前事务的查询结果。

快照读示例：

1. 创建示例表
   首先，我们创建一个 users 表，并插入一些初始数据：

CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(50),
    balance DECIMAL(10,2)
) ENGINE=InnoDB;
INSERT INTO users (name, balance) VALUES ('Alice', 100.00), ('Bob', 200.00);

2. 开启两个事务，模拟 MVCC 读取数据
   事务 A（读取 Alice 的余额）

BEGIN;
SELECT * FROM users WHERE name = 'Alice'; -- 快照读

此时，Alice 的 balance 是 100.00（读取的是旧版本快照）。

事务 B（更新 Alice 的余额）

BEGIN;
UPDATE users SET balance = 150.00 WHERE name = 'Alice';
COMMIT;

此时，Alice 的 balance 更新为 150.00，但 事务 A 仍然看到 100.00，因为它使用的是 事务启动时的快照。

事务 A 再次读取 Alice 的余额
SELECT * FROM users WHERE name = 'Alice'; -- 仍然是快照读
返回结果仍然是 100.00，说明 事务 A 看到的仍是旧版本数据（MVCC 机制生效）。

事务 A 提交后再查询

COMMIT;
SELECT * FROM users WHERE name = 'Alice'; -- 现在读到的是最新数据

此时，Alice 的 balance 才变成 150.00。

当前读

接上文的例子，如果需要在事务中读取实时数据，而不是快照读，可在select语句后加上行锁for update 或者共享锁lock in share mode。

BEGIN;
SELECT * FROM users WHERE name = 'Alice' lock in share mode; -- 当前读
SELECT * FROM users WHERE name = 'Alice' for update; -- 当前读

此时，Alice 的 balance 才变成 150.00。
tips：由于是当前读，则MySQL会自动帮我们加上间隙锁。

间隙锁

间隙锁是为了解决的在可重复读事务模式下的幻读问题。在使用当前读（如 SELECT FOR UPDATE 或 SELECT LOCK IN SHARE MODE）时，InnoDB 会加锁以确保数据一致性，并可能触发 间隙锁。间隙锁用于防止其他事务在当前事务所锁定的数据范围内插入数据，从而避免幻读现象。

1. 当前读触发间隙锁
   当使用 SELECT FOR UPDATE 或 SELECT LOCK IN SHARE MODE 时，InnoDB 会锁定符合条件的记录，并锁定相关的 间隙，防止其他事务插入符合查询条件的数据。

BEGIN;
SELECT * FROM users WHERE age > 20 FOR UPDATE;

此时其他事务无法再插入age大于20的记录，会阻塞等待，直到上述事务提交
2. 一致性读不触发间隙锁
普通的 SELECT 查询不会触发间隙锁，因为它依赖 MVCC 来提供数据一致性，而不会加锁或防止其他事务插入数据。

SELECT * FROM users WHERE age > 20;
tips:间隙锁（Gap Lock）是 左闭右开 的，即它锁定的范围包括区间的左边界，但不包括右边界。左闭右开（[a, b)）意味着间隙锁会锁住一个区间的左边界（a），但不锁住右边界（b）。例如，如果有一个条件是 age BETWEEN 20 AND 30，间隙锁会锁定从 age = 20 到 age = 30 之间的区间，但不会包括 age = 30 的数据。