MySQL性能优化之Innodb事务系统，值得收藏

今天主要分享下Innodb事务系统的一些优化相关，以下基于mysql 5.7。

一、Innodb中的事务、视图、多版本

1. 事务

在Innodb中，每次开启一个事务时，都会为该session分配一个事务对象。而为了对全局所有的事务进行控制和协调，有一个全局对象trx_sys，对trx_sys相关成员的操作需要trx_sys->mutex锁。

mysql数据库遵循的是两段锁协议，将事务分成两个阶段，加锁阶段和解锁阶段(所以叫两段锁)

• 加锁阶段：在该阶段可以进行加锁操作。在对任何数据进行读操作之前要申请并获得S锁(共享锁，其它事务可以继续加共享锁，但不能加排它锁)，在进行写操作之前要申请并获得X锁(排它锁，其它事务不能再获得任何锁)。加锁不成功，则事务进入等待状态，直到加锁成功才继续执行。
• 解锁阶段：当事务释放了一个封锁以后，事务进入解锁阶段，在该阶段只能进行解锁操作不能再进行加锁操作。

2. 视图

Innodb使用一种称做ReadView(视图)的对象来判断事务的可见性(也就是ACID中的隔离性)。根据可见性原则，某个新开启的事务不应该看到其他未提交的事务。 Innodb在执行一个SELECT或者显式开启START TRANSACTION WITH CONSISTENT SNAPSHOT (后者只应用于REPEATABLE-READ隔离级别) 会创建一个视图对象。对于RR隔离级别，视图的生命周期到事务提交结束，对于RC隔离级别，则每条查询开始时重分配事务。

通常一个视图中包含创建视图的事务ID，以及在创建视图时活跃的事务ID数组。例如，当开启一个视图时，当前事务的事务ID为5， 事务链表上活跃事务ID为{2,5,6,9,12}，那么就会把{2,6,9,12}存储到当前的视图中(5是当前事务的ID，不记录到视图中)，{2,6,9,12}对应的事务所做的修改对当前事务而言都是不可见的，小于2的事务ID对当前事务都是可见的，大于12的事务ID对当前事务是不可见的。

那么如何判断可见性呢?

InnoDB表数据的组织方式为主键聚簇索引。由于采用索引组织表结构，记录的ROWID是可变的(索引页分裂的时候，Structure Modification Operation，SMO)，因此二级索引中采用的是(索引键值, 主键键值)的组合来唯一确定一条记录。无论是聚簇索引，还是二级索引，其每条记录都包含了一个DELETED BIT位，用于标识该记录是否是删除记录。除此之外，聚簇索引记录还有两个系统列：DATA_TRX_ID，DATA_ROLL_PTR。DATA _TRX_ID表示产生当前记录项的事务ID;DATA _ROLL_PTR指向当前记录项的undo信息。

聚簇索引行结构(与多版本一致读有关的部分，DELETED BIT省略)：

二级索引行结构：

从聚簇索引行结构，与二级索引行结构可以看出，聚簇索引中包含版本信息(事务号+回滚指针)，二级索引不包含版本信息。

对于聚集索引，每次修改记录时，都会在记录中保存当前的事务ID，同时旧版本记录存储在UNDO中;对于二级索引，则在二级索引页中存储了更新当前页的最大事务ID，如果该事务ID大于readview->up_limit_id(对于上例，up_limit_id值为2)，那么就需要回聚集索引判断记录可见性;如果小于2， 那么总是可见的，可以直接读取。

3. 多版本(MVCC)

为了便于理解MVCC的实现原理，这里简单介绍一下undo log的工作过程

在不考虑redo log 的情况下利用undo log工作的简化过程为：

说明：

• 为了保证数据的持久性数据要在事务提交之前持久化
• undo log的持久化必须在在数据持久化之前，这样才能保证系统崩溃时，可以用undo log来回滚事务

MVCC只在READ COMMITED 和 REPEATABLE READ 两个隔离级别下工作。READ UNCOMMITTED总是读取最新的数据行，而不是符合当前事务版本的数据行。而SERIALIZABLE 则会对所有读取的行都加锁。

(1) SELECT

InnoDB 会根据两个条件来检查每行记录：

• InnoDB只查找版本(DB_TRX_ID)早于当前事务版本的数据行(行的系统版本号<=事务的系统版本号,这样可以确保数据行要么是在开始之前已经存在了，要么是事务自身插入或修改过的)
• 行的删除版本号(DB_ROLL_PTR)要么未定义(未更新过)，要么大于当前事务版本号(在当前事务开始之后更新的)。这样可以确保事务读取到的行，在事务开始之前未被删除。

(2) INSERT

InnoDB为新插入的每一行保存当前系统版本号作为行版本号

(3) DELETE

InnoDB为删除的每一行保存当前的系统版本号作为行删除标识

(4) UPDATE

InnoDB为插入一行新记录，保存当前系统版本号作为行版本号，同时保存当前系统版本号到原来的行作为行删除标识。

Innodb的多版本数据使用UNDO来维护的，例如聚集索引记录(1) =>(2)=>(3)，从1更新成2，再更新成3，就会产生两条undo记录。

二、Innodb事务系统优化

在MySQL 5.7版本里，针对性的对事务系统做了比较深入的优化，主要解决了下面几个问题。

1. 视图对象的创建需要trx_sys->mutex锁保护

trx_sys->mutex是事务系统最核心的全局锁对象，持有该锁进行的操作都不应该耗时过长。对于read view对象，完全可以将其缓存下来重复使用。这样就避免了持有锁分配视图内存。

因此在MySQL 5.7版本中，实例启动时就分配1024个视图对象;同时维护两个链表，一个是已使用的视图链表，一个是空闲的视图链表;当需要分配新的视图时，总是从空闲视图链表中分配，如果没有，再新分配一个。

2. 视图对象中保存全局事务ID时，需要扫描事务链表

为了判断事务视图的可见性，在打开一个视图时需要拷贝当时活跃的事务ID。

（编辑：好传媒网）

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