oracle的mvcc解析 PostgreSQL原理：Oracle 和 MySQL 中MVCC机制详解

MVCC，Multi-version Concurrency Control ，顾名思义指的是多版本并发控制。在介绍MVCC之前我们先来简单了解下事务的隔离级别：

read uncommitted：脏读，一个事务可以读到另外一个事务未提交的数据，大多数关系型数据库不支持。

read committed：提交读，一个事务可以读到其他事务已经提交的数据，大多数数据库的缺省模式。

repeatable read：一个事务执行过程中访问的数据是一致的，也就是一个事务中多次读到的数据不会变化。

serializable：序列化，事务串行化执行，避免不一致。代价很大，OLTP系统中很少使用。

在大多数关系型数据库中默认的事务隔离级别都是read committed(mysql中默认是repeatable read)。也可以根据业务场景的需要去选择合适的隔离级别，例如在一个事务中，使用select for update来避免读到不一致的数据，如果不是为了排他性的锁定，用RR事务隔离级别来代替可以获得更好的性能。

常见的并发控制有：

MVCC：Multi-version Concurrency Control (多版本并发控制)。

S2PL： Strict Two-Phase Locking(严格二阶段锁)：读写互斥，保证串行。

OCC：Optimistic Concurrency

Control(乐观并发控制)：和悲观锁不同，乐观锁在提交前不加锁，提交时如果读取时的数据被其他事务修改并提交，则回退事务。

简单来说，在MVCC机制还没有出现之前，数据库中读写是互斥的，而通过MVCC机制使得读写不互斥。因此MVCC使关系型数据库并发读写能力得到很大的提高，而大多数OLTP系统中的85%以上是读操作。

Oracle的MVCC实现方式

Oracle的多版本并发控制是基于块级的，利用Oracle UNDO/回滚段机制。在回滚段中保存了某个数据被修改之前的前映像的数据。

当我们在数据中查询之前版本的数据时，oracle是这样做的：首先查询的过程会在undo段中查找该数据块的前映像后，然后把前映像和current块合并形成了一个CR block，通过查询cr block就可以满足数据的一致性了。

正因为数据的前映像通过在DB BUFFER中的CR BLOCK来实现，所以数据无论修改多少次，都不会对存储数据的数据段产生负面的影响。而且一个CR BLOCK生成后，可以在缓冲区中较长时间内存在，供相关的事务使用。这个功能对于大并发的读操作来说，是十分有用的，可以大大提高相关操作的性能。

MySQL 的MVCC实现方式

mysql innodb引擎的MVCC也是通过undo段来实现的，但是和oracle不同的是：mysql的多版本并发控制是基于记录级的，mysql中通过undo来形成行的版本链。

上图中的回滚指针(DB_ROLL_PTR)字段用来指写入回滚段(rollback segment)的 undo log record (撤销日志记录记录)。

而其具体做法就是通过两个隐含列来实现的：一个是db_trx_id，指出该行的事务ID，一个是db_roll_ptr，指出这条记录的pre-image数据在UNDO中的地址。

PostgreSQL的MVCC实现方式

最后我们再来看看PostgreSQL的MVCC机制，和oracle还有mysql中不同的是，pg中没有undo这一概念，pg中的多版本并发是通过在表中数据行的多个版本来实现的，例如在一张表中我们要更新一条记录，pg并不是直接修改该数据，而是通过插入一条全新的数据，同时对老数据加以标识。

在pg中一个page页结构大致如下图所示：

对应的数据结构为PageHeaderData：

而实现多版本是通过HeapTupleFields：

要想理解pg的多版本机制，首先要弄清楚几个关键的字段：

t_xmin：插入该元组的事务的txid；

t_xmax：删除或更新该元组的事务的txid，如果尚未删除或更新该元组，则t_xmax设置为0；

t_cid：命令ID(cid)，这表示从0开始在当前事务中执行此命令之前已执行了多少个SQL命令；

t_ctid：指向自身或新元组的元组标识符(tid)，当该元组被更新时，该元组的t_ctid指向新的元组，否则，t_ctid指向自身。

关于这些字段的详细介绍见：PostgreSQL表的系统字段。

我们可以通过一个简单的例子来看看：

bill=# select xmin,xmax,ctid,* from t;

xmin | xmax | ctid | id | info

------+------+-------+----+------

824 | 0 | (0,1) | 1 | a

(1 row)

更新该表中的数据：

可以看到新记录的xmin被置为823，ctid指向新的记录。

bill=# update t set info = 'b' where id=1;

UPDATE 1

bill=# select xmin,xmax,ctid,* from t;

xmin | xmax | ctid | id | info

------+------+-------+----+------

825 | 0 | (0,2) | 1 | b

(1 row)