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每周至少一篇原創文章
這是本公衆号的第 31 篇原創文章
荒腔走闆
這周暫時也沒有荒腔走闆環節，太忙了最近。。。
從事務的隔離級别談起
衆所周知，事務有四大特性，簡稱ACID：原子性、一緻性、隔離性、持久性。
對于隔離性，簡單來說就是多個事務之間是彼此隔離的，互不影響。但想要做到完全的互不影響是很難的，因為資料的強一緻性，很多時候需要犧牲性能去達成。比如如果我們能接受事務的串行執行，那一定是互不影響的。然而現實是，MySQL作為一個資料庫，必然是要支援一定程度的并行執行的，也就是多個事務同時去執行。
❝
凡并行程式，往往是在性能和資料一緻性上做取舍。較好的解決方案要麼是最終一緻，要麼是盡量縮小串行執行的範圍。
❞
如果多個事務同時并行執行，在沒有隔離的情況，可能會發生髒讀、不可重複讀、幻讀的問題。
案例資料（demo表）：
| id(主鍵) | c（普通索引） | d（無索引） |
|---|---|---|
| 5 | 5 | 5 |
| 10 | 10 | 10 |
| 15 | 15 | 15 |
| 20 | 20 | 20 |
| 25 | 25 | 25 |
「髒讀」
一個事務讀取了另一個事務未送出的資料。
髒讀
「不可重複讀」
一個事務讀取同一行資料，多次讀取結果不同。
不可重複讀
「幻讀」
一個事務讀取到了别的事務插入的資料。
幻讀
但InnoDB因為使用了MVCC，讀取的是“快照”版本，有一些不同，但如果不上鎖，同樣可能會有幻讀問題。
InnoDB的幻讀
事務用了四種不同的隔離級别用來解決這些問題。
- Read uncommitted(未送出讀)
- Read Committed(已送出讀，簡稱RC)
- Repeatable Reads(可重複讀，簡稱RR)
- Serializable(串行化)
隔離級别越高，解決的問題越多，但并發性能也會越差。它們之間的關系如下表：
| 隔離級别 | 髒讀 | 不可重複讀 | 幻讀 |
|---|---|---|---|
| Read uncommitted | 是 | 是 | 是 |
| Read Committed | 是 | 是 | |
| Repeatable Reads | 是 | ||
| Serializable |
❝
但InnoDB有些許不同，InnoDB預設的隔離級别是RR，但是通過MVCC和間隙鎖來一定程度上的解決了幻讀的問題。這也是我們今天這篇文章後面會詳細介紹的。
❞
無鎖思想：MVCC
MVCC即“多版本并發控制”，但是它在很多情況下避免了加鎖操作，是以開銷更低。
主流的關系型資料庫都實作了MVCC，但實作機制各有不同。實際上MVCC也沒有一個統一的标準。但大都實作了非阻塞的讀操作，寫操作也隻是鎖定必要的行。本文以下内容所說的MVCC都指的是InnoDB實作的MVCC。
在Mysql的InnoDB引擎，是通過給每行記錄後面儲存兩個隐藏的列來實作的。一個是儲存行的建立時間，另一個儲存了行的過期時間（或删除時間）。
❝
實際上存儲的并不是實際的一個時間戳，而是“系統版本号”。
❞
每次開啟一個事務，系統版本号都會遞增。事務開始時，系統版本号會作為事務的版本号，用來和查詢到的行的版本号進行比較。
MVCC隻在REPEATABLE READ和READ COMMITTED兩個隔離級别下工作，其它兩個隔離級别不能工作。因為READ UNCOMMITTED總是讀取最新的資料行，而不是符合目前事務版本的資料行。而SERIALIZABLE則會對所有讀取的行都加鎖。
在MySQL中，正常的
SELECT
語句，後面不加
FOR UPDATE
和
LOCK IN SHARE MODE
的，就是用的MVCC去讀。
❝
MVCC和我們在應用層面去實作的“樂觀鎖”有一樣的思想：用版本号，在盡量無鎖的情況下實作一定程度的一緻性。
❞
InnoDB行鎖的概念
InnoDB的行鎖（也稱為臨鍵鎖） Next-Key Locks，「是MySQL對外暴露的鎖的基本機關，它會智能選擇記錄鎖或間隙鎖，鎖住一行或多行或一個間隙」。而記錄鎖又分為共享鎖和排他鎖，間隙鎖的概念下面有一個插入意向鎖。這些鎖的關系大概是這樣：
鎖的關系
記錄鎖
所謂記錄鎖 Record Locks，就是鎖住确定的一行行記錄。它分為共享鎖和排它鎖。分别對應不同的SQL寫法。
共享鎖
共享鎖 Shared Locks ，簡稱S鎖。使用以下SQL可能觸發：
SELECT ... LOCK IN SHARE MODE
之是以說“可能”觸發，是因為它查到了資料庫有确定的記錄才會鎖住這些記錄，否則會變成間隙鎖。這個其實很好了解，找到了資料，才鎖它。如果沒找到資料，就鎖這個間隙。
排他鎖
排他鎖 Exclusive locks ，簡稱X鎖。使用一下SQL可能觸發：
SELECT ... FOR UPDATE
這裡的“可能”含義與上面同理，不贅述。
間隙鎖
間隙鎖 Gap - Lock，顧名思義，鎖住一個間隙。上文我們提到過，InnoDB預設的隔離級别是RR，但是通過間隙鎖來一定程度上的解決了幻讀的問題。它是怎麼解決的呢？就是通過間隙鎖來解決的。
上面兩種SQL，如果沒有查找到确定的記錄，就會根據條件去鎖住一個間隙。間隙鎖是根據已有資料的一個左開右閉的區間。
還是這個案例資料（假設資料都是從1開始）：
| id(主鍵) | c（普通索引） | d（無索引） |
|---|---|---|
| 5 | 5 | 5 |
| 10 | 10 | 10 |
| 15 | 15 | 15 |
| 20 | 20 | 20 |
| 25 | 25 | 25 |
對于下面這些區間的操作，會有對應的間隙鎖：(0, 5], (5, 10], (10, 15], (15, 20], (20, 25], (25, 正無窮)。
什麼意思呢？假如你的SQL查詢的範圍不同，那它鎖住的區間就不同。比如：
-- 鎖住(0, 5]
SELECT * FROM demo where id = 3;
-- 鎖住(10, 15]
SELECT * FROM demo where id = 11;
間隙鎖其實是“共享”的。也就是說，多個事務可以擷取同一個區間的間隙鎖。
間隙鎖不互相阻塞
插入意向鎖
插入意向鎖 Insert Intention Locks，代表目前事務準備插入一行資料。使用INSERT/UPDATE/DELETE等語句會獲得插入意向鎖。
「插入意向鎖和插入意向鎖之間是相容的，隻要插入的鍵值不同，就不會互相阻塞」。比如以下兩個SQL，在不同的事務中，哪怕它們在同一個間隙，隻要沒有間隙鎖，就不會阻塞：
插入兩條不同的記錄不阻塞
但如果兩個事務插入同一個key，那就會阻塞。
兩個插入意向鎖阻塞的情況
插入意向鎖可以保證兩個事務插入key不同的資料的時候不沖突，提升并發性。
「但是間隙鎖會阻塞插入意向鎖」！這也可以了解，因為InnoDB想在RR隔離級别就解決幻讀問題。是以A事務用SELECT語句擷取了一個間隙鎖，自然不希望B事務在這個期間往這個間隙插入一條新的記錄。
間隙鎖阻塞插入意向鎖
與索引的關系
不管哪種行級鎖，「行級鎖的其實都是索引」。是以在上面的demo中，如果對id（主鍵）或者column c（普通索引）操作，都會觸發相應的行級鎖，但如果對column d（無索引）做同樣的操作，InnoDB就會對表中所有資料加鎖，實際效果跟表級鎖一樣。
是以一定要注意，如果要上鎖，需要注意是否走了索引，不要弄成了表級鎖造成安全事故。
一個死鎖案例
最後給一個關于間隙鎖和插入意向鎖的死鎖案例吧，也是之前在項目上遇到過的真實案例。
過程
- 事務A select ... for update 查找一個不存在的資料，獲得間隙鎖；
- 事務B select ... for update 查找一個不存在的資料，獲得相同位置的間隙鎖；
- 事務A insert into ... 到這個間隙，嘗試獲得插入意向鎖，但被事務B持有的間隙鎖阻塞。
- 事務B insert into ... 到這個間隙，嘗試獲得插入意向鎖，但被事務A持有的間隙鎖阻塞，MySQL監測到死鎖，復原事務B；
- 因為事務B復原，是以事務B持有的間隙鎖被釋放，是以之前事務A的插入語句不再阻塞，順利執行插入操作。
❝
報錯資訊：Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction
❞
用圖把這個過程描述出來：
死鎖過程
最終結果
事務A插入成功，事務B因為死鎖被復原。
總結
間隙鎖主要還是用于防止幻讀的情況，是以多個事務能夠同時擷取同一段間隙鎖本身并沒有問題，間隙鎖能夠阻塞插入意向鎖也并沒有問題。
而插入意向鎖可以看成是一種特殊的間隙鎖，是用于在同一個間隙，插入不同的資料，不會互相阻塞。它比普通間隙鎖的資料一緻性更低，但并發性能更好；
解決思路
普通間隙鎖還是主要用于讀操作防止幻讀。是以我們在想進行插入操作的時候，其實沒有必要對即将插入的間隙使用普通間隙鎖，直接使用insert語句産生的插入意向鎖就好了。
如果要保證資料的一緻性，可以使用插入意向鎖配合主鍵、唯一鍵等限制。
附錄
那些在文章中用過的SQL：
-- 建表
create table demo
(
id int unsigned not null,
c int unsigned not null,
d int unsigned not null,
constraint demo_pk
primary key (id),
constraint idx_c
unique (c)
);
-- 插資料
INSERT INTO demo VALUES
(5, 5, 5),
(10, 10, 10),
(15, 15, 15),
(20, 20, 20),
(25, 25, 25);
-- 設定隔離級别 未送出讀
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED ;
-- 設定隔離級别 已送出讀
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED ;
-- 設定隔離級别 可重複讀
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ ;
-- 設定隔離級别 串行化
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE ;
-- 禁止自動送出事務
SET AUTOCOMMIT = 0;
-- 開啟事務
BEGIN;
-- 送出事務
COMMIT;
-- 會擷取鎖的查詢
SELECT * FROM demo WHERE id < 5 FOR SHARE ;
關于作者
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