InnoDB为什么高并发

一、并发控制

为啥要进行并发控制？并发的任务对同一个临界资源进行操作，如果不采取措施，可能导致不一致，故必须进行并发控制（Concurrency Control）。技术上，通常如何进行并发控制？通过并发控制保证数据一致性的常见手段有：

锁（Locking）
数据多版本（Multi Versioning）二、锁

如何使用普通锁保证一致性？

普通锁，被使用最多：

操作数据前，锁住，实施互斥，不允许其他的并发任务操作；
操作完成后，释放锁，让其他任务执行；

普通锁存在什么问题？简单的锁住太过粗暴，连“读任务”也无法并行，任务执行过程本质上是串行的。于是出现了共享锁与排他锁：

共享锁（Share Locks，记为S锁），读取数据时加S锁
排他锁（exclusive Locks，记为X锁），修改数据时加X锁

共享锁与排他锁的玩法是：

共享锁之间不互斥，简记为：读读可以并行
排他锁与任何锁互斥，简记为：写读，写写不可以并行

可以看到，一旦写数据的任务没有完成，数据是不能被其他任务读取的，这对并发度有较大的影响。画外音：对应到数据库，可以理解为，写事务没有提交，读相关数据的select也会被阻塞。

有没有可能，进一步提高并发呢？即使写任务没有完成，其他读任务也可能并发，这就引出了数据多版本。

三、数据多版本

数据多版本是一种能够进一步提高并发的方法，它的核心原理是：

（1）写任务发生时，将数据克隆一份，以版本号区分；

（2）写任务操作新克隆的数据，直至提交；

（3）并发读任务可以继续读取旧版本的数据，不至于阻塞；

如上图：

 最开始数据的版本是V0；
 T1时刻发起了一个写任务，这是把数据clone了一份，进行修改，版本变为V1  ，但任务还未完成；
 T2时刻并发了一个读任务，依然可以读V0版本的数据；
 T3时刻又并发了一个读任务，依然不会阻塞；

可以看到，数据多版本，通过“读取旧版本数据”能够极大提高任务的并发度。

提高并发的演进思路，就在如此：

普通锁，本质是串行执行
读写锁，可以实现读读并发
数据多版本，可以实现读写并发

好，对应到InnoDB上，具体是怎么玩的呢？

四、redo, undo,回滚段

在进一步介绍InnoDB如何使用“读取旧版本数据”极大提高任务的并发度之前，有必要先介绍下redo日志，undo日志，回滚段（rollback segment）。

为什么要有redo日志？

数据库事务提交后，必须将更新后的数据刷到磁盘上，以保证ACID特性。磁盘随机写性能较低，如果每次都刷盘，会极大影响数据库的吞吐量。

优化方式是，将修改行为先写到redo日志里（此时变成了顺序写），再定期将数据刷到磁盘上，这样能极大提高性能。

画外音：这里的架构设计方法是，随机写优化为顺序写，思路更重要。

假如某一时刻，数据库崩溃，还没来得及刷盘的数据，在数据库重启后，会重做redo日志里的内容，以保证已提交事务对数据产生的影响都刷到磁盘上。

一句话，redo日志用于保障，已提交事务的ACID特性。

为什么要有undo日志？

数据库事务未提交时，会将事务修改数据的镜像（即修改前的旧版本）存放到undo日志里，当事务回滚时，或者数据库奔溃时，可以利用undo日志，即旧版本数据，撤销未提交事务对数据库产生的影响。

画外音：更细节的，

对于insert操作，undo日志记录新数据的PK(ROW_ID)，回滚时直接删除；
对于delete/update操作，undo日志记录旧数据row，回滚时直接恢复；
他们分别存放在不同的buffer里。

一句话，undo日志用于保障，未提交事务不会对数据库的ACID特性产生影响。

什么是回滚段？

存储undo日志的地方，是回滚段。 undo日志和回滚段和InnoDB的MVCC密切相关，这里举个例子展开说明一下。栗子：

t(id PK, name);

数据为：

id	name
1	shenjian
2	zhangsan
3	lisi

此时没有事务未提交，故回滚段是空的。接着启动了一个事务：

start trx;

delete (1, shenjian);

update set(3, lisi) to (3, xxx);

insert (4, wangwu);

并且事务处于未提交的状态。利用回滚段可以看到：

(1)被删除前的(1, shenjian)作为旧版本数据，进入了回滚段；

(2)被修改前的(3, lisi)作为旧版本数据，进入了回滚段；

(3)被插入的数据，PK(4)进入了回滚段；

接下来，假如事务rollback，此时可以通过回滚段里的undo日志回滚。

画外音：假设事务提交，回滚段里的undo日志可以删除。可以看到： (1)被删除的旧数据恢复了； (2)被修改的旧数据也恢复了； (3)被插入的数据，删除了；回滚成功

四、InnoDB是基于多版本并发控制的存储引擎

InnoDB是高并发互联网场景最为推荐的存储引擎，根本原因，就是其多版本并发控制（Multi Version Concurrency Control, MVCC）。行锁，并发，事务回滚等多种特性都和MVCC相关。

MVCC就是通过“读取旧版本数据”来降低并发事务的锁冲突，提高任务的并发度。

核心问题：

旧版本数据存储在哪里？

存储旧版本数据，对MySQL和InnoDB原有架构是否有巨大冲击？

通过上文undo日志和回滚段的铺垫，这两个问题就非常好回答了：

(1)旧版本数据存储在回滚段里；

(2)对MySQL和InnoDB原有架构体系冲击不大；

InnoDB的内核，会对所有row数据增加三个内部属性：

(1)DB_TRX_ID，6字节，记录每一行最近一次修改它的事务ID；

(2)DB_ROLL_PTR，7字节，记录指向回滚段undo日志的指针；

(3)DB_ROW_ID，6字节，单调递增的行ID；

InnoDB为何能够做到这么高的并发？

回滚段里的数据，其实是历史数据的快照（snapshot），这些数据是不会被修改，select可以肆无忌惮的并发读取他们。

快照读（Snapshot Read），这种一致性不加锁的读（Consistent Nonlocking Read），就是InnoDB并发如此之高的核心原因之一。

这里的一致性是指，事务读取到的数据，要么是事务开始前就已经存在的数据（当然，是其他已提交事务产生的），要么是事务自身插入或者修改的数据。

什么样的select是快照读？

除非显示加锁，普通的select语句都是快照读，例如：

select * from t where id>2;

这里的显示加锁，非快照读是指：

select * from t where id>2 lock in share mode;

select * from t where id>2 for update;

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5ODYxMDA5OQ==&mid=2651961444&idx=1&sn=830a93eb74ca484cbcedb06e485f611e&chksm=bd2d0db88a5a84ae5865cd05f8c7899153d16ec7e7976f06033f4fbfbecc2fdee6e8b89bb17b&scene=21##

一、并发控制

三、数据多版本

四、redo, undo,回滚段

四、InnoDB是基于多版本并发控制的存储引擎

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