mvcc底层的数据结构是怎么样的，如果要实现一个可重复读的功能如何实现

多版本并发控制（MVCC）是一种数据库管理系统中的并发控制技术，用于解决读写操作之间的冲突，并支持高效的读操作。MVCC通过维护数据的多个版本来实现事务隔离，确保每个事务可以看到一致的视图。下面是MVCC的底层数据结构和实现可重复读功能的详细介绍。

MVCC的底层数据结构

  1. 版本链

    • 每个数据项都有多个版本:
      • 数据项（如表中的一行）的每个修改都会创建一个新的版本。每个版本都包含一个时间戳或事务ID，以标识该版本的有效期。
      • 版本链是一种链表结构，其中每个版本都指向其前一个版本。这样可以跟踪每个数据项的历史版本。

  2. 版本号或时间戳

    • 事务ID或时间戳:
      • 每个事务在开始时会获取一个事务ID或时间戳，用于标记事务的开始时间。
      • 数据的每个版本都带有一个创建时间戳和一个有效期（通常是删除时间戳或事务ID）。这使得事务可以根据自己的视图看到在它开始之前提交的数据。

  3. 快照视图

    • 一致的快照:
      • 在事务开始时，数据库系统创建一个快照，记录所有有效版本的数据。事务只会看到在快照时间之前已提交的版本，从而确保事务的读操作在其生命周期内一致。

  4. 可见性规则

    • 读取可见性:
      • 在事务中，读取操作根据事务的开始时间戳或ID，访问所有在该时间戳之前提交的版本。
      • 写操作创建新的版本，并标记其有效期。

实现可重复读功能

可重复读（Repeatable Read）确保在同一事务中，所有读取的记录都是一致的，即在事务期间读取的数据不会因为其他事务的提交而改变。实现可重复读功能可以利用MVCC的版本管理机制。以下是具体的实现步骤：

  1. 事务开始时创建快照

    • 事务ID或时间戳:
      • 每个事务在开始时会记录一个唯一的事务ID或时间戳。这个ID或时间戳用于标记事务的开始时间。

  2. 维护版本信息

    • 版本链和有效期:
      • 数据项的每个版本都记录创建时间戳和有效期。事务在写操作时，创建一个新的版本，标记其有效期，并可能更新现有版本的有效期。

  3. 读取操作使用快照

    • 根据快照读取:
      • 在事务中执行的读取操作使用事务开始时的快照，确保读取的是在事务开始之前已提交的版本。
      • 这意味着即使其他事务在当前事务执行期间提交了新的版本，当前事务仍会看到它开始时的快照中的数据。

  4. 写操作创建新版本

    • 更新数据项:
      • 当事务进行写操作时，数据库系统会创建一个新的版本，并记录新的创建时间戳或事务ID。
      • 更新的版本会标记之前版本的有效期，使其对新的事务不可见。

示例实现

假设我们有一个简单的表Users，包含字段ID和Name。下面是一个简化的伪代码示例，展示了如何实现可重复读：

  1. // 定义数据版本
  2. type Version struct {
  3.     Data        string
  4.     CreatedAt   int64
  5.     ValidUntil  int64
  6. }
  8. // 定义事务
  9. type Transaction struct {
  10.     ID          int64
  11.     Snapshot    map[int64]Version // 存储事务开始时的数据快照
  12. }
  14. // 初始化事务
  15. func StartTransaction() *Transaction {
  16.     txn := &Transaction{ID: generateUniqueID(), Snapshot: make(map[int64]Version)}
  17.     // 加载当前所有数据的快照
  18.     for id, version := range getAllDataVersions() {
  19.         if version.CreatedAt <= txn.ID {
  20.             txn.Snapshot[id] = version
  21.         }
  22.     }
  23.     return txn
  24. }
  26. // 读取数据
  27. func (txn *Transaction) Read(id int64) string {
  28.     if version, exists := txn.Snapshot[id]; exists {
  29.         return version.Data
  30.     }
  31.     return ""
  32. }
  34. // 写数据
  35. func (txn *Transaction) Write(id int64, data string) {
  36.     newVersion := Version{
  37.         Data:        data,
  38.         CreatedAt:   txn.ID,
  39.         ValidUntil:  math.MaxInt64, // 未来的时间戳表示没有有效期
  40.     }
  41.     // 更新数据库中的数据
  42.     updateDataVersion(id, newVersion)
  43. }
  45. // 提交事务
  46. func (txn *Transaction) Commit() {
  47.     // 提交事务时，可以更新所有修改的数据的有效期
  48.     for id, version := range txn.Snapshot {
  49.         version.ValidUntil = txn.ID
  50.         updateDataVersion(id, version)
  51.     }
  52. }

总结

MVCC通过维护数据的多个版本，并使用时间戳或事务ID来管理这些版本，从而实现事务的隔离性。实现可重复读功能主要依赖于事务开始时创建的数据快照，确保事务期间的数据读取一致性。写操作创建新的版本，并标记旧版本的有效期，从而实现高效的并发控制。