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MySQL源代码阅读：一致性读的实现

来源：SegmentFault 2023-01-24 10:07:03 0浏览收藏

有志者，事竟成！如果你在学习数据库，那么本文《MySQL源代码阅读：一致性读的实现》，就很适合你！文章讲解的知识点主要包括MySQL、数据库，若是你对本文感兴趣，或者是想搞懂其中某个知识点，就请你继续往下看吧~

Innodb是一个支持MVCC（即多版本并发控制）的存储引擎，一致性读功能基于MVCC。本文基于MySQL 5.7的源代码讨论一致性读的原理，包括快照的创建、判断是否可见、快照的关闭等。

前提

本文基于mysql-5.7.29，为方便阅读，文中代码大量删减。
需要了解“快照读”：生成快照时未提交事务的更改不可见，已提交事务的更改可见。

事务结构体

事务的结构体定义位于

struct trx_t {
    /* 事务ID */
    trx_id_t    id;        /*!

其中事务的ID是一个64位的非负整数，需要注意的是，只有读写事务会分配事务ID，只读事务是不会分配ID的。
每个事务拥有各自的ReadView，以下简称快照。

ReadView源代码

在

class ReadView {

    /**
     * 创建这个快照的事务ID
     */
    trx_id_t    m_creator_trx_id;

    /**
     * 生成这个快照时处于活跃状态的事务ID的列表，
     * 是个已经排好序的列表
     */
    ids_t        m_ids;

    /** 
     * 高水位线：id大于等于 m_low_limit_id 的事务都不可见。
     * 在生成快照时，它被赋值为“下一个待分配的事务ID”（会大于所有已分配的事务ID）。
     */
    trx_id_t    m_low_limit_id;

    /**
     * 低水位线：id小于m_up_limit_id的事务都不可见。
     * 它是活跃事务ID列表的最小值，在生成快照时，小于m_up_limit_id的事务都已经提交（或者回滚）。
     */
    trx_id_t    m_up_limit_id;


    // 判断事务是否可见的方法
    bool changes_visible(){}

    // 关闭快照的方法
    void close(){}
    // ...
}

判断更改是否可见

在

/* 判断某个事务的修改对当前事务是否可见 */
bool changes_visible(){

        /**
         * 可见的情况：
         *  1. 小于低水位线，即创建快照时，该事务已经提交(或回滚)
         *  2. 事务ID是当前事务。
         */
        if (id = m_low_limit_id) { /* 高于水位线不可见，即创建快照时，该事务还没有提交 */
            return(false);

        } else if (m_ids.empty()) { /* 创建快照时，没有其它活跃的读写事务时，可见 */

            return(true);
        }

        /**
         * 执行到这一步，说明事务ID在低水位和高水位之间，即 id ∈ [m_up_limit_id, m_low_limit_id)
         * 需要判断是否属于在活跃事务列表m_ids中，
         * 如果在，说明创建快照时，该事务处于活跃状态（未提交），修改对当前事务不可见。
         */

        // 获取活跃事务ID列表，并使用二分查找判断事务ID是否在 m_ids中
        const ids_t::value_type*    p = m_ids.data();
        return(!std::binary_search(p, p + m_ids.size(), id));
}

由此可见，当前事务判断一个事务的修改是否可见，主要依靠活跃事务列表m_ids来判断。

对于具体的某一行记录，如何判断当前事务是否可见呢？

判断主键索引是否可见

对于主键索引中的每一个数据行，除了用户定义的字段，还有额外的系统字段，包括：

有了记录行的事务ID，再调用

/**
Checks that a record is seen in a consistent read.
@return true if sees, or false if an earlier version of the record
should be retrieved */
bool lock_clust_rec_cons_read_sees()
{
    // 获取修改这个数据行的事务ID
    trx_id_t    trx_id = row_get_rec_trx_id(rec, index, offsets);

    // 调用 changes_visible() 判断是否可见
    return(view->changes_visible(trx_id, index->table->name));
}

如果不可见呢？需要去undo日志中找之前的版本：

if (!lock_clust_rec_cons_read_sees(clust_rec, index, offsets,
                           node->read_view)) {
            // 判断数据行不可见时，去找之前的版本                    
            err = row_sel_build_prev_vers(
                node->read_view, index, clust_rec,
                &offsets, &heap, &plan->old_vers_heap,
                &old_vers, mtr);
            // ......
}

判断辅助索引是否可见

假设通过一个辅助索引查询id的SQL：

select id from t where idx=2;

通过

/**
 * 判断辅助索引中的记录是否可见。
 * 返回true时，可见。返回false时，不确定，需要去主键索引中查询。
 */ 
bool lock_sec_rec_cons_read_sees()
{
    // 修改这个页的最大事务id
    trx_id_t    max_trx_id = page_get_max_trx_id(page_align(rec));

    // 判断是否可见，条件是 max_trx_id sees(max_trx_id));
}

具体来说：

当

/**
 * 无法确定辅助索引是否可见时，
 * 先执行ICP（索引下推）判断索引是否匹配，如果匹配再去查主键索引。
 * 如果条件不匹配，就处理下一个辅助索引记录。
 */ 
if (!srv_read_only_mode
    && !lock_sec_rec_cons_read_sees(rec, index, trx->read_view)) {

    switch (row_search_idx_cond_check(
            buf, prebuilt, rec, offsets)) {
    case ICP_NO_MATCH:  // ICP不匹配，不用再去看主键索引。直接处理下一条记录
        goto next_rec;
    case ICP_OUT_OF_RANGE:
        err = DB_RECORD_NOT_FOUND;
        goto idx_cond_failed;
    case ICP_MATCH: // ICP满足条件时，查主键索引，判断是否可见
        goto requires_clust_rec;
    }

    ut_error;
}

获取活跃事务列表

在创建快照时，获取活跃的读写事务列表:

/**
 * 生成读写事务ID列表，计算高低水位线等。
 * 在创建快照 MVCC::view_open() 时调用
 */
void ReadView::prepare(trx_id_t id){

    // 创建快照的ID为当前事务ID
    m_creator_trx_id = id;

    // 高水位线是“下一个待分配事务ID”
    m_low_limit_no = m_low_limit_id = trx_sys->max_trx_id;

    /**
     * 系统事务结构体（trx_sys）中会记录活跃的事务ID列表(trx_sys->rw_trx_ids)，
     * 如果有活跃的读写事务，就从trx_sys复制读写事务ID列表到m_ids中
     */ 
    if (!trx_sys->rw_trx_ids.empty()) {
        copy_trx_ids(trx_sys->rw_trx_ids);
    } else {
        // 创建快照时没有活跃的读写事务
        m_ids.clear();
    }

    // ...
}

上面的代码获取到了

void ReadView::complete()
{
    /* 低水位线是活跃事务列表的最小值，即第1个活跃事务ID */
    m_up_limit_id = !m_ids.empty() ? m_ids.front() : m_low_limit_id;

    // ...
}

快照的生成

快照的生成定义在

ReadView* trx_assign_read_view(
/*=================*/
    trx_t*        trx)    /*!read_view)) { // 如果已经生成快照，会直接返回
        trx_sys->mvcc->view_open(trx->read_view, trx);  // 执行生成快照
    }

    return(trx->read_view);
}

调用

static int innobase_start_trx_and_assign_read_view()
{
    if (trx->isolation_level == TRX_ISO_REPEATABLE_READ) {
        trx_assign_read_view(trx);
    } else {
        // 隔离级别不是可重复读时，会输出一条warning
        push_warning_printf(thd, Sql_condition::SL_WARNING,
                    HA_ERR_UNSUPPORTED,
                    "InnoDB: WITH CONSISTENT SNAPSHOT"
                    " was ignored because this phrase"
                    " can only be used with"
                    " REPEATABLE READ isolation level.");
    }
}

快照的关闭

不同隔离级别，处理关闭快照有点不同。

在可重复读隔离级别下，快照会在事务结束时关闭。整个事务的多个SQL使用同一个快照。

static void trx_commit_in_memory(){

  if (trx_is_autocommit_non_locking(trx)) {   // 自动提交的非锁定一致性读
      if (trx->read_view != NULL) {
          // 执行关闭快照
          trx_sys->mvcc->view_close(trx->read_view, false);
      }
  } else {

      if (trx->id > 0) {
          /* trx->id 大于0，说明当前事务是读写事务。
          * 需要从系统事务结构体（trx_sys->rw_trx_ids）的读写事务列表中移除当前事务ID，并关闭视图
          */
          /* For consistent snapshot, we need to remove current
          transaction from running transaction id list for mvcc
          before doing commit and releasing locks. */
          trx_erase_lists(trx, serialised);
      }

      // 只读事务
      if (trx->read_only || trx->rsegs.m_redo.rseg == NULL) {
          
          // 快照不为空时关闭快照
          if (trx->read_view != NULL) {
              trx_sys->mvcc->view_close(trx->read_view, false);
          }
      }
      
}

在读已提交隔离级别下，快照会在SQL语句结束时关闭。

/* If the MySQL lock count drops to zero we know that the current SQL
statement has ended */
if (trx->n_mysql_tables_in_use == 0) {  // 当前SQL使用到的表格是数0，说明SQL执行结束了

  // 隔离级别为读已提交时，执行 关闭快照
  if (trx->isolation_level read_view)) {


      trx_sys->mvcc->view_close(trx->read_view, true);

  }
}