MySQL マルチバージョン同時実行制御 MVCC の詳細な研究

MVCC

MVCC (Multi-Version Concurrency Control) は、マルチバージョン同時実行制御です。トランザクションの同時実行性とロールバックを実現するのは InnoDB の重要な機能です。ロックメカニズムは同時操作を制御できますが、システムオーバーヘッドが大きく、ほとんどの場合、行レベルのロックは MVCC に置き換えられます。MVCC を使用すると、システムオーバーヘッドを削減できます。

具体的な実装としては、データベースの各行に次の 3 つのフィールドを追加します。

DB_TRX_ID : 行を挿入または更新した最後のトランザクションのトランザクションIDを記録します。
DB_ROLL_PTR: 行の変更に対応するアンドゥログへのポインタ
DB_ROW_ID: 単調に増加するID。AUTO_INCREMENTの主キーIDです。

スナップショット読み取り

たとえば、ロックされていない選択操作はスナップショット読み取りです。スナップショット読み取りの出現は、同時実行パフォーマンスの向上を考慮した上で行われました。スナップショット読み取りの実装は、マルチバージョン同時実行制御、つまり MVCC に基づいています。 MVCC は行ロックの変形と考えることができます。多くの場合、ロック操作を回避し、オーバーヘッドを削減します。複数のバージョンに基づいているため、スナップショット読み取りでは必ずしも最新バージョンのデータが読み取られるわけではなく、以前の履歴バージョンが読み取られる場合があります。

現在の読書

読み取られるのは現在のデータであり、トランザクションが開始される前の状態まで遡るために UNDO ログを使用する必要はありません。読み取られるのはレコードの最新バージョンです。読み取り時には、他の同時トランザクションが現在のレコードを変更できないようにする必要があり、読み取られたレコードはロックされます。

データベースの同時実行シナリオには次の 3 つがあります。

読み取り-読み取り: 問題なし、同時実行制御は不要
読み取り/書き込み: スレッドの安全性の問題があり、トランザクション分離の問題が発生したり、ダーティリード、ファントムリード、反復不可能なリードが発生したりする可能性があります。
書き込み-書き込み: スレッドの安全性の問題があり、更新損失の問題が発生する可能性があります。たとえば、最初のタイプの更新損失と2番目のタイプの更新損失などです。

簡単に言えば、MVCC はロックなしで読み取り書き込み競合を実現することであり、この読み取りは現在の読み取りではなくスナップショット読み取りを指します。現在の読み取りは実際にはロック操作であり、悲観的ロックの実装です。

MVCC の登場は、大手企業が悲観的ロックを使用して読み取り/書き込み競合の問題を解決することに満足しなかったためであり、次の 2 つの解決策があります。

MVCC + 悲観的ロック
MVCCは読み取り書き込み競合を解決し、悲観的ロックは書き込み書き込み競合を解決します。
MVCC + 楽観的ロック
MVCCは読み取り書き込み競合を解決し、楽観的ロックは書き込み書き込み競合を解決します。

MVCC 実装原則

3つの隠しフィールド

翻訳元
6 バイト、最終変更 (変更/挿入) トランザクション ID: このレコードを作成したトランザクション ID またはこのレコードを最後に変更したトランザクション ID を記録します。
DB_ROLL_PTR
7 バイト、ロールバックポインタ、このレコードの前のバージョンを指す (ロールバックセグメントに格納されている)
DB_ROW_ID
6バイト、暗黙的な自動増分ID（隠し主キー）。データテーブルに主キーがない場合、InnoDBはDB_ROW_IDを使用してクラスター化インデックスを自動的に生成します。

バージョンチェーン/元に戻すログ

これは、UNDO ログにトランザクション前のデータの古いバージョンが記録され、行レコード内のロールバックポインターが古いバージョンの位置を指すため、バージョンチェーンが形成されるためです。読み取りビューは、特定の条件を満たす DB_TRX_ID が見つかるまで、リンクリスト内の DB_TRX_ID を走査し続けます。そうすると、DB_TRX_ID が配置されている古いレコードが、現在のトランザクションが参照できる最新の「古いバージョン」になります。

閲覧ビュー

トランザクションが開かれたときに現在アクティブなすべてのトランザクション (コミットされていないトランザクション) のコレクションです。つまり、読み取りビューは、トランザクションがスナップショット読み取り操作を実行したときに生成される読み取りビューです。トランザクションによってスナップショット読み取りが実行された瞬間に、現在のデータベースシステムのスナップショットが生成され、システム内の現在のアクティブなトランザクションの ID が記録および維持されます。

3 つの重要な読み取りビュー構造:
trx_list (私がランダムに命名)
読み取りビューが生成された時点でシステム内でアクティブなトランザクションIDのリストを維持するために使用される値のリスト
アップリミットID
trx_list リスト内の最小のトランザクション ID
下限ID
ReadView生成時にシステムによって割り当てられていない次のトランザクションID。これは、これまでに出現したトランザクションIDの最大値+1です。
なぜ low_limit なのでしょうか? これは、システムが現時点で割り当てることができるトランザクション ID の最小値でもあるためです。

MVCC 実装の全体的なプロセス:

要約する

同時実行性の高いトランザクションの場合、MVCCは単純なロックよりも効率的です。
MVCC は、Read Committed と Repeatable Read の 2 つの分離レベルでのみ機能します。
読み取りコミット分離レベルでは、スナップショット読み取り (クエリ) ごとに読み取りビューが生成されます。繰り返し読み取りでは、トランザクションの開始時にのみ読み取りビューが生成され、この読み取りビューは後続の各クエリで使用され、異なる分離レベルが実現されます。