好的，没问题。
InnoDB 事务隔离级别：Read View 的物理实现
大家好，今天我们来深入探讨 InnoDB 存储引擎中事务隔离级别的物理实现，重点分析 Read View 在不同隔离级别下的生成与更新策略。理解这些机制对于我们更好地设计数据库应用、排查并发问题至关重要。
1. 事务隔离级别回顾
在深入 Read View 之前，我们先回顾一下 SQL 标准定义的四种事务隔离级别，以及它们在 InnoDB 中的表现：
| 隔离级别 | 描述 | InnoDB 支持情况 |
|---|---|---|
READ UNCOMMITTED |
允许读取尚未提交的数据。 存在 脏读 问题。 | InnoDB 不支持。 实际效果等同于 READ COMMITTED。 |
READ COMMITTED |
只能读取已经提交的数据。 解决了 脏读 问题，但存在 不可重复读 问题。 每次读取都可能看到不同的数据，因为其他事务可能在两次读取之间提交了修改。 | InnoDB 默认支持。 |
REPEATABLE READ |
在同一个事务中，多次读取相同的数据，结果应该是一致的。 解决了 不可重复读 问题，但存在 幻读 问题。 如果另一个事务插入了一条符合查询条件的新记录，当前事务再次执行相同的查询时，可能会看到这条新记录，这就是幻读。 | InnoDB 默认隔离级别。 通过 MVCC (Multi-Version Concurrency Control) 机制，配合 Read View 来实现。在可重复读的隔离级别下，事务开始后，第一次执行select语句的时候生成ReadView，之后的select语句都使用这个ReadView. |
SERIALIZABLE |
提供最高的隔离级别。 强制事务串行执行，避免所有并发问题，包括 脏读、不可重复读 和 幻读。 | InnoDB 支持。 通过锁机制实现，强制事务串行执行，性能最低。 |
2. MVCC 和 Read View 的概念
为了理解 Read View，我们需要先了解 MVCC。MVCC 是一种并发控制机制，InnoDB 通过 MVCC 实现事务的隔离性。它的核心思想是：对于每一行数据，保留多个版本，允许并发事务读取不同版本的数据，从而减少锁的竞争。
Read View 是 MVCC 的关键组成部分。它决定了一个事务能够看到哪些版本的数据。简单来说，Read View 维护了当前系统中“活跃的”事务 ID 列表。 当事务访问某一行数据时，InnoDB 会根据 Read View 中的事务 ID 来判断该行数据的版本是否可见。
Read View 的主要属性：
trx_ids: 一个活跃事务 ID 的集合，包含创建Read View时所有未提交的事务 ID。min_trx_id:trx_ids集合中最小的事务 ID。max_trx_id: 下一个将要分配的事务 ID。 这个值并不是trx_ids集合中最大的事务 ID，而是系统下一个将要分配的事务 ID。creator_trx_id: 创建这个Read View的事务 ID。
可见性判断逻辑：
对于某个数据行版本，其事务 ID 为 row_trx_id，InnoDB 会按照以下逻辑判断其对当前 Read View 是否可见：
- 如果
row_trx_id<min_trx_id: 表示该版本是在创建Read View之前就已经提交的事务创建的，对当前Read View可见。 - 如果
row_trx_id>=max_trx_id: 表示该版本是在创建Read View之后才启动的事务创建的，对当前Read View不可见。 - 如果
min_trx_id<=row_trx_id<max_trx_id: 需要进一步判断row_trx_id是否在trx_ids集合中：- 如果
row_trx_id在trx_ids集合中: 表示该版本是由当前Read View创建时还未提交的事务创建的。 如果row_trx_id等于creator_trx_id，则可见；否则，不可见。 - 如果
row_trx_id不在trx_ids集合中: 表示该版本是在创建Read View之前就已经启动，但在创建Read View时已经提交的事务创建的，对当前Read View可见。
- 如果
3. 不同隔离级别下的 Read View 生成与更新策略
现在，我们来详细分析在 READ COMMITTED 和 REPEATABLE READ 两种隔离级别下，Read View 的生成与更新策略。
3.1 READ COMMITTED 隔离级别
在 READ COMMITTED 隔离级别下，事务每次执行 SELECT 语句时，都会重新生成一个新的 Read View。这意味着，每次读取数据时，都基于当前系统中活跃的事务 ID 列表进行判断。
Read View 生成时机：
- 事务执行的每一个
SELECT语句之前。
例子：
假设有三个事务：trx1，trx2，trx3，它们的事务 ID 分别是 10, 20, 30。 一开始，表 t 中有一行记录，id = 1, value = 'A', trx_id = 5。
-
trx1(事务 ID 10) 启动，执行SELECT * FROM t WHERE id = 1;- 生成
Read View：trx_ids = [], min_trx_id = 11, max_trx_id = 31, creator_trx_id = 10。因为此时没有其他活跃的事务，trx_ids为空。 row_trx_id = 5<min_trx_id = 11，所以trx1可以看到value = 'A'的记录。
- 生成
-
trx2(事务 ID 20) 启动，执行UPDATE t SET value = 'B' WHERE id = 1;但 未提交。row_trx_id更新为 20。
-
trx1再次执行SELECT * FROM t WHERE id = 1;- 生成 新的
Read View：trx_ids = [20], min_trx_id = 11, max_trx_id = 31, creator_trx_id = 10。 因为trx2尚未提交，所以 20 出现在trx_ids中。 row_trx_id = 20>=min_trx_id = 11且row_trx_id = 20<max_trx_id = 31。row_trx_id = 20在trx_ids集合中。由于row_trx_id = 20!=creator_trx_id = 10，所以trx1看不到value = 'B'的记录。 它会继续查找上一个版本。trx1最终会读取到value = 'A'的记录。
- 生成 新的
-
trx2提交。 -
trx1再次执行SELECT * FROM t WHERE id = 1;- 生成 新的
Read View：trx_ids = [], min_trx_id = 11, max_trx_id = 31, creator_trx_id = 10。 因为trx2已经提交，所以trx_ids为空。 row_trx_id = 20<min_trx_id = 11不成立，row_trx_id = 20>=max_trx_id = 31也不成立。row_trx_id = 20不在trx_ids集合中，所以trx1可以看到value = 'B'的记录。
- 生成 新的
在这个例子中，trx1 在同一个事务中，多次读取同一行记录，但由于 Read View 的每次重新生成，导致读取到的数据可能不同，这就是 不可重复读 问题。
3.2 REPEATABLE READ 隔离级别
在 REPEATABLE READ 隔离级别下，事务在第一次执行 SELECT 语句时生成一个 Read View，并且在整个事务执行期间都使用这个 Read View。这意味着，事务只能看到在创建 Read View 时已经提交的数据，以及由自己修改的数据。
Read View 生成时机：
- 事务第一次执行
SELECT语句时。
例子：
仍然假设有三个事务：trx1，trx2，trx3，它们的事务 ID 分别是 10, 20, 30。 一开始，表 t 中有一行记录，id = 1, value = 'A', trx_id = 5。
-
trx1(事务 ID 10) 启动，执行SELECT * FROM t WHERE id = 1;- 生成
Read View：trx_ids = [], min_trx_id = 11, max_trx_id = 31, creator_trx_id = 10。 row_trx_id = 5<min_trx_id = 11，所以trx1可以看到value = 'A'的记录。
- 生成
-
trx2(事务 ID 20) 启动，执行UPDATE t SET value = 'B' WHERE id = 1;但 未提交。row_trx_id更新为 20。
-
trx1再次执行SELECT * FROM t WHERE id = 1;- 使用 第一次生成的
Read View：trx_ids = [], min_trx_id = 11, max_trx_id = 31, creator_trx_id = 10。 row_trx_id = 20<min_trx_id = 11不成立，row_trx_id = 20>=max_trx_id = 31也不成立。row_trx_id = 20不在trx_ids集合中，所以trx1可以看到value = 'B'的记录。 因为trx_ids为空，所以任何小于max_trx_id且大于min_trx_id的数据都可见，这是错误的。- 应该使用第一次生成的
Read View，即trx_ids = [], min_trx_id = 11, max_trx_id = 31, creator_trx_id = 10。 row_trx_id = 20>=min_trx_id = 11且row_trx_id = 20<max_trx_id = 31。row_trx_id = 20不在trx_ids集合中，所以trx1应该 看不到value = 'B'的记录，因为它还没有提交。- 这是错误的，应该使用第一次的ReadView，继续查找上一个版本，最终读取到
value = 'A'的记录。
- 使用 第一次生成的
-
trx2提交。 -
trx1再次执行SELECT * FROM t WHERE id = 1;- 使用 第一次生成的
Read View：trx_ids = [], min_trx_id = 11, max_trx_id = 31, creator_trx_id = 10。 row_trx_id = 20<min_trx_id = 11不成立，row_trx_id = 20>=max_trx_id = 31也不成立。row_trx_id = 20不在trx_ids集合中，所以trx1仍然 看不到value = 'B'的记录，因为它使用的是第一次的ReadView，继续查找上一个版本，最终读取到value = 'A'的记录。
- 使用 第一次生成的
在这个例子中，trx1 在同一个事务中，多次读取同一行记录，读取到的数据始终是一致的，解决了 不可重复读 问题。
关于幻读的补充说明：
虽然 REPEATABLE READ 解决了不可重复读问题，但仍然存在 幻读 问题。 幻读是指，当事务读取某个范围的数据时，另一个事务插入了一条符合查询条件的新记录，导致当前事务再次执行相同的查询时，可能会看到这条新记录。
InnoDB 通过 Next-Key Lock 机制来解决幻读问题。 Next-Key Lock 是记录锁和间隙锁的组合，它可以锁定记录之间的间隙，防止其他事务插入新的记录。
4. 代码示例 (伪代码)
虽然我们无法直接访问 InnoDB 的内部代码，但我们可以通过伪代码来模拟 Read View 的生成和可见性判断过程。
class ReadView:
def __init__(self, trx_ids, min_trx_id, max_trx_id, creator_trx_id):
self.trx_ids = trx_ids
self.min_trx_id = min_trx_id
self.max_trx_id = max_trx_id
self.creator_trx_id = creator_trx_id
def is_visible(read_view, row_trx_id, row_creator_trx_id):
"""判断数据行版本对 Read View 是否可见"""
if row_trx_id < read_view.min_trx_id:
return True # 版本已提交
if row_trx_id >= read_view.max_trx_id:
return False # 版本未提交
if row_trx_id in read_view.trx_ids:
# 版本由 Read View 创建时未提交的事务创建
return row_trx_id == read_view.creator_trx_id # 只有自己修改的可见
else:
return True # 版本已提交
# 模拟 READ COMMITTED 隔离级别
def read_committed_read(transaction_id, data, row_trx_id):
"""模拟 READ COMMITTED 隔离级别的读取"""
# 生成新的 Read View
active_transactions = get_active_transactions() # 获取当前活跃的事务 ID 列表
min_trx_id = get_min_trx_id(active_transactions)
max_trx_id = get_next_trx_id()
read_view = ReadView(active_transactions, min_trx_id, max_trx_id, transaction_id)
# 判断数据可见性
if is_visible(read_view, row_trx_id, transaction_id):
return data
else:
# 查找历史版本
return get_previous_version(data, read_view)
# 模拟 REPEATABLE READ 隔离级别
class TransactionContext:
def __init__(self, transaction_id):
self.transaction_id = transaction_id
self.read_view = None
transaction_contexts = {} # 存储事务上下文
def repeatable_read(transaction_id, data, row_trx_id):
"""模拟 REPEATABLE READ 隔离级别的读取"""
global transaction_contexts
if transaction_id not in transaction_contexts:
# 第一次读取，生成 Read View
active_transactions = get_active_transactions() # 获取当前活跃的事务 ID 列表
min_trx_id = get_min_trx_id(active_transactions)
max_trx_id = get_next_trx_id()
read_view = ReadView(active_transactions, min_trx_id, max_trx_id, transaction_id)
transaction_contexts[transaction_id] = TransactionContext(transaction_id)
transaction_contexts[transaction_id].read_view = read_view
else:
# 使用已有的 Read View
read_view = transaction_contexts[transaction_id].read_view
# 判断数据可见性
if is_visible(read_view, row_trx_id, transaction_id):
return data
else:
# 查找历史版本
return get_previous_version(data, read_view)
# 辅助函数 (需要根据实际情况实现)
def get_active_transactions():
"""获取当前活跃的事务 ID 列表"""
# ...
return []
def get_min_trx_id(active_transactions):
"""获取活跃事务 ID 列表中最小的事务 ID"""
# ...
if not active_transactions:
return get_next_trx_id()
return min(active_transactions)
def get_next_trx_id():
"""获取下一个将要分配的事务 ID"""
# ...
return 31 # 示例
def get_previous_version(data, read_view):
"""查找历史版本的数据"""
# ...
return "A" # 示例这段伪代码展示了 Read View 的生成和可见性判断的基本逻辑。 需要注意的是，实际的 InnoDB 实现要复杂得多，涉及到锁机制、 undo 日志、版本链等多个方面。
5. 总结
通过本次讲座，我们详细分析了 InnoDB 中 Read View 在不同事务隔离级别下的生成与更新策略。 READ COMMITTED 隔离级别每次读取都生成新的 Read View，导致 不可重复读 问题。 REPEATABLE READ 隔离级别在事务开始时生成 Read View，并在整个事务期间使用，解决了 不可重复读 问题，但仍存在 幻读 问题，通过 Next-Key Lock 机制解决。理解 Read View 的工作原理，有助于我们更好地理解 InnoDB 的 MVCC 机制，从而设计出更高效、更可靠的数据库应用。