數(shù)據(jù)庫的鎖機(jī)制真正的原理

在MySQL數(shù)據(jù)庫中，為了解決并發(fā)問題，引入了很多的鎖機(jī)制，很多時候，數(shù)據(jù)庫的鎖是在有數(shù)據(jù)庫操作的過程中自動添加的。所以，這就導(dǎo)致很多程序員經(jīng)常會忽略數(shù)據(jù)庫的鎖機(jī)制的真正的原理。比如，經(jīng)常在面試中會問候選人，你知道MySQL Innodb的鎖，到底鎖的是什么嗎？關(guān)于這個問題的回答，聽到過很多種，但是很少有人可以把他回答的很完美。因?yàn)橄胍卮鸷眠@個問題，需要對數(shù)據(jù)庫的隔離級別、索引等都有一定的了解才行。MySQL Innodb的鎖的相關(guān)介紹，在MySQL的官方文檔（https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-locking.html#innodb-insert-intention-locks ）中有一定的介紹，本文的介紹也是基于這篇官方文檔的。

Record Lock

Record Lock，翻譯成記錄鎖，是加在索引記錄上的鎖。例如，SELECT c1 FROM t WHERE c1 = 10 For UPDATE;會對c1=10這條記錄加鎖，為了防止任何其他事務(wù)插入、更新或刪除c1值為10的行。

需要特別注意的是，記錄鎖鎖定的是索引記錄。即使表沒有定義索引，InnoDB也會創(chuàng)建一個隱藏的聚集索引，并使用這個索引來鎖定記錄。

Gap Lock

Gap Lock，翻譯成間隙鎖，他指的是在索引記錄之間的間隙上的鎖，或者在第一個索引記錄之前或最后一個索引記錄之后的間隙上的鎖。那么，這里所謂的Gap（間隙）又怎么理解呢？Gap指的是InnoDB的索引數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中可以插入新值的位置。當(dāng)你用語句SELECT…FOR UPDATE鎖定一組行時。InnoDB可以創(chuàng)建鎖，應(yīng)用于索引中的實(shí)際值以及他們之間的間隙。例如，如果選擇所有大于10的值進(jìn)行更新，間隙鎖將阻止另一個事務(wù)插入大于10的新值。

既然是鎖，那么就可能會影響到數(shù)據(jù)庫的并發(fā)性，所以，間隙鎖只有在Repeatable Reads這種隔離級別中才會起作用。

在Repeatable Reads這種隔離下，對于鎖定的讀操作（select … for update 、 lock in share mode）、update操作、delete操作時，會進(jìn)行如下的加鎖：

對于具有唯一搜索條件的唯一索引，InnoDB只鎖定找到的索引記錄，而不會鎖定間隙。

對于其他搜索條件，InnoDB鎖定掃描的索引范圍，使用gap lock或next-key lock來阻塞其他事務(wù)插入范圍覆蓋的間隙。

也就是說，對于SELECT FOR UPDATE、LOCK IN SHARE MODE、UPDATE和DELETE等語句處理時，除了對唯一索引的唯一搜索外都會獲取gap鎖或next-key鎖，即鎖住其掃描的范圍。

Next-Key Lock

Next-Key鎖是索引記錄上的記錄鎖和索引記錄之前間隙上的間隙鎖的組合。

假設(shè)一個索引包含值10、11、13和20。此索引可能的next-key鎖包括以下區(qū)間：

（-∞， 10］ （10， 11］ （11， 13］ （13， 20］ （20， ∞ ］

對于最后一個間隙，∞不是一個真正的索引記錄，因此，實(shí)際上，這個next-key鎖只鎖定最大索引值之后的間隙。所以，Next-Key 的鎖的范圍都是左開右閉的。Next-Key Lock和Gap Lock一樣，只有在InnoDB的RR隔離級別中才會生效。

Repeatable Reads能解決幻讀

很多人看過網(wǎng)上的關(guān)于數(shù)據(jù)庫事務(wù)級別的介紹，會認(rèn)為MySQL中Repeatable Reads能解決不可重復(fù)讀的問題，但是不能解決幻讀，只有Serializable才能解決。但其實(shí)，這種想法是不對的。因?yàn)镸ySQL跟標(biāo)準(zhǔn)RR不一樣，標(biāo)準(zhǔn)的Repeatable Reads確實(shí)存在幻讀問題，但I(xiàn)nnoDB中的Repeatable Reads是通過next-key lock解決了RR的幻讀問題的。因?yàn)槲覀冎?，因?yàn)橛辛薾ext-key lock，所以在需要加行鎖的時候，會同時在索引的間隙中加鎖，這就使得其他事務(wù)無法在這些間隙中插入記錄，這就解決了幻讀的問題。關(guān)于這個問題，引起過廣泛的討論，可以參考：https://github.com/Yhzhtk/note/issues/42 ，這里有很多大神發(fā)表過自己的看法。

MySQL的加鎖原則

前面介紹過了Record Lock、Gap Lock和Next-Key Lock，但是并沒有說明加鎖規(guī)則。關(guān)于加鎖規(guī)則，我是看了丁奇大佬的《MySQL實(shí)戰(zhàn)45講》中的文章之后理解的，他總結(jié)的加鎖規(guī)則里面，包含了兩個“原則”、兩個“優(yōu)化”和一個“bug”：原則 1：加鎖的基本單位是 next-key lock。是一個前開后閉區(qū)間。原則 2：查找過程中訪問到的對象才會加鎖。優(yōu)化 1：索引上的等值查詢，給唯一索引加鎖的時候，next-key lock 退化為行鎖。優(yōu)化 2：索引上的等值查詢，向右遍歷時且最后一個值不滿足等值條件的時候，next-key lock 退化為間隙鎖。一個 bug：唯一索引上的范圍查詢會訪問到不滿足條件的第一個值為止。假如，數(shù)據(jù)庫表中當(dāng)前有以下記錄：

當(dāng)我們執(zhí)行update t set d=d+1 where id = 7的時候，由于表 t 中沒有 id=7 的記錄，所以：

根據(jù)原則 1，加鎖單位是 next-key lock，session A 加鎖范圍就是 （5，10］；

根據(jù)優(yōu)化 2，這是一個等值查詢 （id=7），而 id=10 不滿足查詢條件，next-key lock 退化成間隙鎖，因此最終加鎖的范圍是 （5，10）。

當(dāng)我們執(zhí)行select * from t where id》=10 and id《11 for update的時候：

根據(jù)原則 1，加鎖單位是 next-key lock，會給 （5，10］加上 next-key lock，范圍查找就往后繼續(xù)找，找到 id=15 這一行停下來

根據(jù)優(yōu)化 1，主鍵 id 上的等值條件，退化成行鎖，只加了 id=10 這一行的行鎖。

根據(jù)原則 2，訪問到的都要加鎖，因此需要加 next-key lock（10，15］。因此最終加的是行鎖 id=10 和 next-key lock（10，15］。

當(dāng)我們執(zhí)行select * from t where id》10 and id《=15 for update的時候：* 根據(jù)原則 1，加鎖單位是 next-key lock，會給 （10，15］加上 next-key lock，并且因?yàn)?id 是唯一鍵，所以循環(huán)判斷到 id=15 這一行就應(yīng)該停止了。* 但是，InnoDB 會往前掃描到第一個不滿足條件的行為止，也就是 id=20。而且由于這是個范圍掃描，因此索引 id 上的 （15，20］這個 next-key lock 也會被鎖上。假如，數(shù)據(jù)庫表中當(dāng)前有以下記錄：

當(dāng)我們執(zhí)行select id from t where c=5 lock in share mode的時候：

根據(jù)原則 1，加鎖單位是 next-key lock，因此會給 （0，5］加上 next-key lock。要注意 c 是普通索引，因此僅訪問 c=5 這一條記錄是不能馬上停下來的，需要向右遍歷，查到 c=10 才放棄。

根據(jù)原則 2，訪問到的都要加鎖，因此要給 （5，10］加 next-key lock。

根據(jù)優(yōu)化 2：等值判斷，向右遍歷，最后一個值不滿足 c=5 這個等值條件，因此退化成間隙鎖 （5，10）。

根據(jù)原則 2 ，只有訪問到的對象才會加鎖，這個查詢使用覆蓋索引，并不需要訪問主鍵索引，所以主鍵索引上沒有加任何鎖。

當(dāng)我們執(zhí)行select * from t where c》=10 and c《11 for update的時候：

根據(jù)原則 1，加鎖單位是 next-key lock，會給 （5，10］加上 next-key lock，范圍查找就往后繼續(xù)找，找到 id=15 這一行停下來

根據(jù)原則 2，訪問到的都要加鎖，因此需要加 next-key lock（10，15］。

由于索引 c 是非唯一索引，沒有優(yōu)化規(guī)則，也就是說不會蛻變?yōu)樾墟i，因此最終 sesion A 加的鎖是，索引 c 上的 （5，10］ 和 （10，15］ 這兩個 next-key lock。

總結(jié)

以上，我們介紹了InnoDB中的鎖機(jī)制，一共有三種鎖，分別是Record Lock、Gap Lock和Next-Key Lock。Record Lock表示記錄鎖，鎖的是索引記錄。Gap Lock是間隙鎖，說的是索引記錄之間的間隙。Next-Key Lock是Record Lock和Gap Lock的組合，同時鎖索引記錄和間隙。他的范圍是左開右閉的。InnoDB的RR級別中，加鎖的基本單位是 next-key lock，只要掃描到的數(shù)據(jù)都會加鎖。唯一索引上的范圍查詢會訪問到不滿足條件的第一個值為止。同時，為了提升性能和并發(fā)度，也有兩個優(yōu)化點(diǎn)：

索引上的等值查詢，給唯一索引加鎖的時候，next-key lock 退化為行鎖。

索引上的等值查詢，向右遍歷時且最后一個值不滿足等值條件的時候，next-key lock 退化為間隙鎖。

關(guān)于鎖的介紹，就是這么多了，但是其實(shí)，RR的隔離級別引入的這些鎖，雖然一定程度上可解決很多如幻讀這樣的問題，但是也會帶來一些副作用，比如并發(fā)度降低、容易導(dǎo)致死鎖等。

責(zé)任編輯：haq