MVCC（Multi-Version Concurrent Control），即多版本并发控制协议，广泛使用于数据库系统。本文将介绍HBase中对于MVCC的实现及应用情况。

在介绍MVCC概念之前，我们先来想一下数据库系统里的一个问题：假设有多个用户同时读写数据库里的一行记录，那么怎么保证数据的一致性呢？一个基本的解决方法是对这一行记录加上一把锁，将不同用户对同一行记录的读写操作完全串行化执行，由于同一时刻只有一个用户在操作，因此一致性不存在问题。但是，它存在明显的性能问题：读会阻塞写，写也会阻塞读，整个数据库系统的并发性能将大打折扣。

MVCC（Multi-Version Concurrent Control），即多版本并发控制协议，它的目标是在保证数据一致性的前提下，提供一种高并发的访问性能。在MVCC协议中，每个用户在连接数据库时看到的是一个具有一致性状态的镜像，每个事务在提交到数据库之前对其他用户均是不可见的。当事务需要更新数据时，不会直接覆盖以前的数据，而是生成一个新的版本的数据，因此一条数据会有多个版本存储，但是同一时刻只有最新的版本号是有效的。因此，读的时候就可以保证总是以当前时刻的版本的数据可以被读到，不论这条数据后来是否被修改或删除。

更多关于MVCC基本思想的介绍，参考Wikipedia。

1）memstoreRead：用于记录当前全局可读的readPoint，同时为了每个客户端读请求能够记录自己发起请求时刻的readPoint，还有一个ThreadLocal的perThreadReadPoint变量，以及相关的set和get方法；

2）memstoreWrite：用于记录当前全局最大的writePoint，根据它为下个事务生成新的writePoint。

MultiVersionConsistencyControl中关键的实现方法如下：

1）WriteEntry beginMemstoreInsert()：开始一个更新操作，将memstoreWrite加1，创建writeQueue并插入到writeQueue，并返回WriteEntry对象；

2）void completeMemstoreInsert(WriteEntry e)：完成当前更新操作，将WriteEntry对象标记为可读，具体分两步：

见org.apache.hadoop.hbase.regionserver.HRegion.java，每个Region包含一个Memstore，维护一个MultiVersionConsistencyControl对象。

见HRegion.java中的以下写操作的方法：

1）put

2）checkAndPut

3）delete

4）checkAndDelete

5）internalFlushcache

6）mutateRow

7）mutateRowsWithLocks

8）batchMutate

最终会调用到applyFamilyMapToMemstore方法使用MVCC进行写操作：

? /**
? * Atomically apply the given map of family->edits to the memstore.
? * This handles the consistency control on its own, but the caller
? * should already have locked updatesLock.readLock(). This also does
? * not check the families for validity.
? *
? *@param familyMap Map of kvs per family
? *@param localizedWriteEntry The WriteEntry of the MVCC for this transaction.
? *? ? ? ? If null, then this method internally creates a mvcc transaction.
? *@return the additional memory usage of the memstore caused by the
? * new entries.
? */
? private long applyFamilyMapToMemstore(Map<byte[], List> familyMap,
? ? MultiVersionConsistencyControl.WriteEntry localizedWriteEntry) {
? ?long size = 0;
? ?boolean freemvcc = false;

? ?try {
? ? ?if (localizedWriteEntry == null) {
? ? ? ? localizedWriteEntry= mvcc.beginMemstoreInsert();
? ? ? ? freemvcc= true;
? ? ? }

? ? ?for (Map.Entry<byte[], List> e : familyMap.entrySet()) {
? ? ? ?byte[] family = e.getKey();
? ? ? ? List edits = e.getValue();

? ? ? ? Store store= getStore(family);
? ? ? ?for (KeyValue kv: edits) {
? ? ? ? ? kv.setMemstoreTS(localizedWriteEntry.getWriteNumber());
? ? ? ? ? size+= store.add(kv);
? ? ? ? }
? ? ? }
? ? }finally {
? ? ?if (freemvcc) {
? ? ? ? mvcc.completeMemstoreInsert(localizedWriteEntry);
? ? ? }
? ? }

? ? return size;
? }

HRegion.java中通过private ConcurrentHashMap scannerReadPoints;维护各个查询请求的readPoint。

以get或scan请求为例，最终会通过getScanner方法需要构造RegionScannerImpl对象：

org.apache.hadoop.hbase.regionserver.HRegion.RegionScannerImpl：

1）根据Scan对象构造时设置好readPoint，scan.getIsolationLevel()分为READ_UNCOMMITTED和READ_COMMITTED，只有当READ_COMMITTED时根据MultiVersionConsistencyControl.resetThreadReadPoint(mvcc);设置当前scanner线程的readPoint，并插入到scannerReadPoints维护起来。

2）根据scan需要读取的column family，创建StoreScanner（根据bloom filter、time range、ttl筛选需要的MemStoreScanner和StoreFileScanner），添加到scanners中，并最终根据scanners构造出一个KeyValueHeap。

下面看下RegionScannerImpl中的next方法是每次查询时需要调用的函数：