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MVCC Snapshot

MVCC 核心: Snapshot

0. 核心用例设计

假设表 accounts 中有一条初始数据：id=1, balance=100，其事务 ID（XID）为 500。

现在有两个并发事务：

  • 事务 A (XID 601)：隔离级别为 READ COMMITTED。
  • 事务 B (XID 602)：执行 UPDATE balance = 200，但尚未提交。
create table accounts(id int, balance int);
insert into accounts values (1, 500);
TXN A TXN B
begin; begin;
update accounts set balance = 200 where id = 1;
select * from accounts; --500
commit;
select * from accounts; --200
commit;
  • 默认隔离级别为 read committed，只要 client 2 提交就可以读到最新结果，因此存在不可重复读问题
  • 将隔离级别修改为 repeatable read 读取结果一致
TXN A TXN B
start transaction isolation level repeatable read; begin;
update accounts set balance = 200 where id = 1;
select * from accounts; --500
commit;
select * from accounts; --500
commit;

当指定隔离界别为 repeatable read, 两次读取数据相同，实现可重复读，且由于快照隔离的天然特性，也不存在幻读问题；实现方式：快照！

1. Snapshot 数据结构关键字段

在源码中，快照由 SnapshotData 结构体表示。它的核心就像一张“合影”，记录了那一刻全系统的事务状态。

  • xmin：最早的活跃事务 ID。所有 XID < xmin 的事务都已经完成了（提交或回滚），它们的数据对该快照一定可见。
  • xmax：快照发放时，系统分配过的最大 XID + 1。所有 XID ≥ xmax 的事务在拍照片时还没出生，其数据对该快照一定不可见。
  • xip[] (Transaction ID Array)：在 xmin 和 xmax 之间的“灰色地带”，记录了拍照那一刻正在运行的事务 ID 列表。
typedef struct SnapshotData
{
    TransactionId xmin;         /* all XID < xmin are visible to me */
    TransactionId xmax;         /* all XID >= xmax are invisible to me */
    TransactionId *xip;         /* in progress */
}

2. 行的可见性判定逻辑 mvcc_visibility

每一行数据（HeapTuple）头部都有 t_xmin（插入者的 XID）和 t_xmax（删除/更新者的 XID）。基本方式如下：

  1. 看插入者 (t_xmin)：

  2. 如果 t_xmin 在快照中是“已提交”的，且不在 xip[] 列表中，说明插入已生效。

  3. 看删除者 (t_xmax)：

  4. 如果 t_xmax 为 0，说明没被删除，可见。

  5. 如果 t_xmax 在快照中是“活跃”的或“未出生”的，说明删除动作还没生效，可见。
  6. 如果 t_xmax 在快照中是“已提交”的，说明行已过期，不可见。

3. GetTransactionSnapshot() 的调用时机

隔离级别决定了“拍照”的频率：

  • READ COMMITTED：每条 SQL 语句执行前都会调用一次。所以你能看到其他事务刚提交的修改。
  • REPEATABLE READ / SERIALIZABLE：只在事务的第一条 SQL 执行前调用一次，后续整段事务都复用这张旧照片。
if (IsolationUsesXactSnapshot()) /* 根据隔离级别判断是否复用快照 */
    return CurrentSnapshot;

/* Don't allow catalog snapshot to be older than xact snapshot. */
InvalidateCatalogSnapshot();

CurrentSnapshot = GetSnapshotData(&CurrentSnapshotData);

return CurrentSnapshot;

4. 活跃事务数组 (ProcArray)

  • 作用：它是快照数据的源泉。维护在共享内存中，记录了当前所有连接正在运行的 XID。
  • 事务开始：进程将自己的 XID 填入 ProcArray。
  • 事务结束：CommitTransaction 或 AbortTransaction 的最后阶段，进程将自己从 ProcArray 中移除。

5. 核心函数(GetSnapshotData)

/* 
 * The returned snapshot includes xmin (lowest still-running xact ID),
 * xmax (highest completed xact ID + 1), and a list of running xact IDs
 * in the range xmin <= xid < xmax.  It is used as follows:
 *      All xact IDs < xmin are considered finished.
 *      All xact IDs >= xmax are considered still running.
 *      For an xact ID xmin <= xid < xmax, consult list to see whether
 *      it is considered running or not.
 * This ensures that the set of transactions seen as "running" by the
 * current xact will not change after it takes the snapshot.
 */

获取 xmax 和 xmin:

xmax = XidFromFullTransactionId(latest_completed);
TransactionIdAdvance(xmax);

/* initialize xmin calculation with xmax */
xmin = xmax;

for (int pgxactoff = 0; pgxactoff < numProcs; pgxactoff++)
{
    if (NormalTransactionIdPrecedes(xid, xmin))
        xmin = xid;
    /* Add XID to snapshot. */
    xip[count++] = xid;
}