多版本并发控制 (MVCC) 简介
在现代数据库系统中，并发性对于确保多个事务同时发生的环境中的数据一致性和性能至关重要。管理关系数据库中并发性的一种有效技术是多版本并发控制 (MVCC)。这种方法维护不同版本的记录，允许读取器访问一致的数据库快照，而不会被正在进行的写入操作阻止。
MVCC 通过创建多个版本的记录而无需显式锁定来解决冲突，从而减少锁定争用并提高性能。这在频繁修改数据的高事务、高并发环境中尤为重要。 MVCC 通过允许事务仅访问事务发生时的那些有效记录版本来确保数据库一致性，而不影响其他并发事务的视图。
MVCC 工作流程：创建、更新和删除记录
为了帮助您了解 MVCC 的运行方式，我们将介绍在实现这种并发控制技术的系统中创建、更新和删除记录的过程。
- 创建记录：当一条新记录插入数据库时，MVCC 会为该记录分配一个唯一的事务 ID。此 ID 用于在整个生命周期中跟踪记录的版本。
- 更新记录：在记录更新的情况下，MVCC确保不同的事务可以修改同一条记录而不会发生冲突。当事务尝试更新记录时，数据库系统会创建该记录的新版本并为其分配事务 ID。记录的原始版本保持不变，允许其他交易访问它。新版本的记录仅对更新交易以及该交易完成后开始的任何未来交易有效。
- 删除记录：当事务删除记录时，MVCC 不会直接从数据库中删除该记录。相反，它将记录标记为已删除（通过将事务的 ID 分配为删除标记），同时保持先前的记录版本可供其他事务访问。一旦所有活动事务不再需要访问已删除的记录，MVCC 系统将收集垃圾并从数据库中永久删除该记录。
数据库系统可以通过保留多个版本的记录及其各自的事务ID来提供针对不同事务需求定制的一致数据快照。活动事务访问在其事务开始时有效的最新记录版本，从而确保一致性和序列化，而无需显式锁定。
MVCC 的优点和缺点：平衡性能和一致性
虽然 MVCC 提供了多种好处，包括提高并发性和优化性能，但它也有一些限制。让我们讨论一下在关系数据库系统中使用 MVCC 的优缺点。
MVCC 的优点
- 增加并发性：MVCC 通过为多个事务提供干净的数据快照来允许它们同时运行。这减少了锁争用，防止事务被不必要地阻塞。
- 优化的性能：通过避免显式锁定的需要，MVCC 可以实现更快的读写操作。这可以优化性能，尤其是在高并发环境中。
- 改进的隔离性：MVCC 通过提供根据每个事务的启动时间定制的快照来提供并发事务之间的隔离。这使得事务能够独立且一致地运行，而不影响其他事务对数据的查看。
MVCC 的缺点
- 增加的存储开销：MVCC 需要维护每个记录的多个版本，这可能会导致存储开销增加。但通过优化存储和垃圾收集机制，可以将这种开销降低到可接受的水平。
- 复杂的垃圾收集：需要复杂的垃圾收集机制来管理 MVCC 创建的过时记录版本。这可能会导致数据库系统变得有些复杂，尤其是在高事务环境中。
- 特定场景中一致性保证的减少：在某些情况下，MVCC 可能会导致一致性保证的减少。这些情况通常发生在读写冲突或数据库系统使用提供较弱一致性保证的隔离级别（例如读已提交和读未提交隔离级别）时。不过，考虑到 MVCC 的众多优势，这通常是可以接受的权衡。
虽然 MVCC 存在一些挑战和复杂性，但它为管理并发、确保数据一致性和提高关系数据库的性能提供了有效的解决方案。通过理解并正确实施 MVCC，开发人员和数据库管理员可以为用户提供无缝且高效的数据库体验。
使用 MVCC 的流行关系数据库系统
一些流行的关系数据库管理系统 (RDBMS)利用 MVCC 来提高并发性和性能优化。以下是一些广泛使用的实现 MVCC 系统的概述。
PostgreSQL
PostgreSQL是领先的开源关系数据库系统之一，支持MVCC，有效隔离事务，优化并发，保证数据一致性。 PostgreSQL采用快照隔离技术，将读写事务分开，并为每个事务维护不同的数据快照。这种方法减少了锁争用，并允许多个事务同时执行而不会延迟。
MySQL（InnoDB 存储引擎）
MySQL是另一个流行的开源关系数据库系统。尽管MyISAM的默认存储引擎不支持MVCC，但也推荐用于大多数用例的InnoDB存储引擎实现了MVCC以提高性能和并发性。使用InnoDB时，MySQL维护记录的多个版本以允许同时进行读写操作，从而减少锁争用并提高性能。
甲骨文
Oracle 数据库是占主导地位的商业数据库系统之一，它采用 MVCC 来维护数据一致性并提高性能。 Oracle 使用读和写一致性机制的组合，使其能够为读取者提供一致的数据快照，同时使写入者能够在不阻塞其他事务的情况下修改数据。
Microsoft SQL Server（快照隔离级别）
Microsoft SQL Server 是另一个著名的商业 RDBMS。虽然它默认不使用 MVCC，但它支持快照隔离级别，从而启用 MVCC 模型。通过使用快照隔离，SQL Server 可以维护不同版本的数据行，从而允许并发读写操作，从而减少锁争用并提高性能。
MVCC 与AppMaster ：利用并发控制
AppMaster的无代码平台使开发人员能够创建可与关系数据库无缝协作的应用程序，包括使用 MVCC 进行并发控制和性能优化的应用程序。了解 MVCC 的功能并有效地利用它们对于构建高性能、可扩展且高效的应用程序至关重要。
AppMaster的可视化开发工具使开发人员能够建模和设计数据模式、创建REST API以及设计与关系数据库无缝协作的 Web 和移动应用程序界面。 AppMaster生成的应用程序可以与任何兼容PostgreSQL的数据库作为主要数据存储，确保开发人员可以在PostgreSQL中使用MVCC。
AppMaster的平台为 Go (golang) 后端应用程序、使用Vue3框架的 Web 应用程序以及使用Kotlin和Jetpack Compose （适用于 Android）和SwiftUI （适用于 iOS）的移动应用程序生成源代码。通过有效实现业务逻辑，您的应用程序可以以高性能和优化的方式与数据库交互，同时利用 MVCC 的并发控制优势。
未来趋势和创新
数据库管理领域在不断发展，而 MVCC 始终处于这些进步的最前沿。在现代数据库技术中，几个关键趋势和创新正在塑造 MVCC 及其应用程序的未来。
- 现代数据库技术中的 MVCC： MVCC 仍然是现代数据库管理系统的核心功能。随着数据量的增长以及并发控制的需求变得更加重要，数据库供应商投资增强 MVCC 实现。新的算法和优化正在开发中，以确保 MVCC 即使在高吞吐量环境中也保持高效。
- 对可扩展性和分布式系统的影响：可扩展性是当今数据密集型应用程序的主要关注点。 MVCC 固有的并发支持使其非常适合分布式数据库系统。随着组织越来越多地采用分布式架构来处理大量数据，MVCC 为维护分布式节点之间的数据一致性和隔离性提供了基础。这在需要同时从多个地理位置访问和修改数据的场景中尤其重要。
- 不断发展的 MVCC 方法：虽然 MVCC 已经证明了其价值，但持续的研究和创新正在导致新方法和优化的开发。数据库工程师正在探索 MVCC 的变体，例如快照隔离和可序列化快照隔离，以解决特定用例并微调性能。这些不断发展的方法平衡了强数据一致性和高并发性，使数据库能够适应不同的应用程序需求。
对效率、可扩展性和适应性的承诺是关系数据库中 MVCC 的未来特征。随着数据量和复杂性的增长，MVCC 仍然是数据库系统的基石，确保数据完整性并支持现代应用程序的需求。通过采用不断发展的方法并利用 MVCC 在分布式环境中的优势，数据库领域已做好持续创新和改进的准备。
结论
多版本并发控制（MVCC）是关系数据库管理系统中的一项关键技术，可在多个并发事务的场景中确保数据一致性、减少锁争用并优化性能。几个著名的数据库系统，包括 PostgreSQL、MySQL (InnoDB)、Oracle 和 Microsoft SQL Server（快照隔离级别），都实现了 MVCC 以改进并发管理。
在开发与关系数据库交互的应用程序时，了解 MVCC 的功能并确保您的应用程序利用它们至关重要。 AppMaster的no-code平台允许您构建能够高效地与支持 MVCC 的数据库配合使用的应用程序，从而提供优化的性能和并发控制，而无需大量的手动干预。
