MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制）

MVCC（Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制） 是数据库系统中的一种并发控制机制，用来处理多个事务同时操作数据库时可能产生的冲突问题。通过 MVCC，数据库在处理并发事务时，可以在提供高并发性的同时保证事务的隔离性（特别是在 MySQL 的 InnoDB 存储引擎中，默认的隔离级别是 可重复读）。

MVCC 的核心思想

MVCC 的核心思想是：为每个事务提供数据的不同版本，允许多个事务并发地读取和写入数据库，而不会互相阻塞。当一个事务在读取数据时，它不会立即看到其他事务正在写入的数据，而是读取数据的历史版本，这样避免了直接的锁冲突。

基本原理

MVCC 通过保存数据的多个版本来管理并发，事务在读取数据时可以选择读取到某个特定的版本，而不是直接读取当前最新的数据版本。InnoDB 使用了 Undo Log（回滚日志） 和事务版本控制来实现 MVCC。这里是 MVCC 的几个关键要素：

数据的隐藏版本（快照）：
- 每条记录在数据库中都保存着多个版本的历史快照。
- 每个版本的数据都带有两个隐藏的时间戳字段：trx_id 和 roll_pointer。
  - trx_id：记录是哪一个事务修改的该数据。
  - roll_pointer：指向 Undo Log，即这个版本的前一个版本。
Undo Log（回滚日志）：
- 当一个事务修改数据时，InnoDB 会把修改前的旧数据保存到 Undo Log 中，这样可以实现数据回滚或提供历史版本数据给其他事务读取。
- Undo Log 会将旧的版本链起来，形成一个数据的版本链，每个事务可以根据自己的时间戳选择合适的版本。
事务的快照版本：
- 每个事务在开始时都会记录一个当前数据库系统的“快照”（系统中各条记录的状态）。
- 在事务的生命周期内，即使其他事务修改了数据，当前事务依然会读取到启动时看到的快照数据，而不会受到其他事务的影响。
事务时间戳：
- 每个事务都有一个唯一的时间戳，通常由事务启动的时间或者事务 ID 标识。这个时间戳帮助事务确定它可以看到的数据版本。

MVCC 读取与写入机制

1. 读取（读操作）

当一个事务读取数据时，MVCC 会选择一个特定版本的记录给这个事务，而不是直接返回最新的版本。这有两种主要的读取模式：

快照读（Snapshot Read）：读取的是符合当前事务可见性的历史版本数据，事务并不会被其他事务阻塞。例如 SELECT 操作。
- 对于可重复读隔离级别，事务在第一次读取数据时会创建一个快照，后续的读取操作都会基于这个快照，即使其他事务修改了数据，当前事务也不会感知到。
当前读（Current Read）：直接读取最新版本的数据，并加锁以防止其他事务修改，例如 SELECT ... FOR UPDATE、UPDATE 和 DELETE。当前读确保事务可以读到最新的数据，并且保证后续的操作都是基于最新的数据进行的。

2. 写入（写操作）

写入操作时，事务会：

生成一个新的版本，包含修改后的数据。
将修改前的旧版本写入 Undo Log，以便其他事务能够继续访问这个旧版本的数据。
为新版本数据打上当前事务的时间戳（trx_id），这样其他事务就知道哪个事务修改了这条数据。

在写入时，写操作的事务不会直接覆盖旧的数据，而是创建一个新的版本，因此不会阻塞正在进行的读操作。旧版本的数据依然可以被其他未提交的事务读取。

MVCC 的事务可见性规则

事务是否可以看到一条记录的某个版本取决于以下几条规则：

版本的 trx_id 小于当前事务的 ID：即当前事务开始之前，数据的这个版本已经提交了，因此这个版本是可见的。
版本的 trx_id 大于当前事务的 ID：表示该版本是在当前事务启动之后由其他事务生成的，因此这个版本对当前事务是不可见的。
删除的版本不可见：如果某个版本的数据在当前事务之前已经被其他事务删除，则当前事务也看不到这个被删除的版本。

举个简单的例子来解释 MVCC 的运作

假设有两个事务 A 和 B，它们都要对数据库中的某条记录进行操作。

事务 A： sql START TRANSACTION; UPDATE orders SET amount = 500 WHERE id = 1;
事务 A 更新了订单 ID 为 1 的记录，将其金额修改为 500。但事务 A 并没有立即提交，这时另一个事务 B 开始读取数据。
事务 B： sql START TRANSACTION; SELECT amount FROM orders WHERE id = 1;
根据 MVCC 机制，事务 B 看到的不是事务 A 修改后的数据（500），而是事务 A 修改前的旧数据（假设修改前是 400）。这就是 MVCC 通过读取数据的旧版本，避免了事务 B 被事务 A 的操作所阻塞。
事务 A 提交： sql COMMIT;
当事务 A 提交后，事务 B 在它的事务结束前依然会看到旧的 400 数据，只有当事务 B 结束并重新开始新的事务时，才会读取到最新的 500 数据。

MVCC 优势与不足

优势：

高并发：MVCC 允许事务并发执行，读写操作不会互相阻塞，提升了系统的吞吐量。
读取历史版本：事务在读取数据时，能读取到符合自己事务版本的历史快照，确保事务的隔离性。
减少锁竞争：MVCC 在大部分情况下不需要加锁，避免了读写之间的直接冲突。

不足：

版本管理开销：MVCC 需要管理和维护多个数据版本，尤其是在长事务和大数据量场景下，回滚日志会增加存储和性能开销。
空间消耗：保存多个版本的历史数据需要额外的存储空间，Undo Log 也会占用存储资源。
清理旧版本的成本：数据库需要定期清理无用的旧版本数据，否则可能导致性能下降。

总结

MVCC 是 MySQL InnoDB 存储引擎用来处理并发问题的重要机制，它通过为每条数据维护多个版本，避免了读写之间的锁定冲突，提升了并发性能。事务在读取数据时读取的是符合其版本的快照，确保了隔离性，并且允许多个事务并发读写数据，保持数据一致性。