2022-04-29

MySQL

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记录锁、间隙锁与 Next-Key Lock

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有小伙伴在微信上表示面试时被问到了 Next-Key Lock 是啥，结果一脸懵逼，那么今天我们来捋一捋 MySQL 中的记录锁、间隙锁以及 Next-Key Lock。

1. Record Lock

Record Lock 也就是我们所说的记录锁，记录锁是对索引记录的锁，注意，它是针对索引记录，即它只锁定记录这一行数据。

例如如下一条 SQL：

1	select * from user where id=1 for update;

注意，id 是索引，id 如果不是索引，上面这条 SQL 所加的排他锁就不是一个 Record Lock。

我们来看如下一个例子：

首先我们将系统变量 innodb_status_output_locks 设置为 ON，如下：

接下来我们执行如下 SQL，锁定一行数据，此时会自动为表加上 IX 锁：

接下来我们在一个新的会话中执行如下指令来查看 InnoDB 存储引擎的情况：

1	show engine innodb status\G

输出的信息很多，我们重点关注 TRANSACTIONS，如下：

可以看到：

TABLE LOCK table test08.user trx id 3564804 lock mode IX：这句就是说事务 id 为 3564804 的事务，为 user 表添加了意向排他锁（IX）。
RECORD LOCKS space id 851 page no 3 n bits 80 index PRIMARY of table test08.user trx id 3564804 lock_mode X locks rec but not gap：这个就是一个锁结构的记录，这里的索引是 PRIMARY，加的锁也是正儿八经的记录锁（not gap）。

看到了 LOCKS REC BUT NOT GAP，就说明这是一个记录锁。

那么这个 Record Lock 和我们之前所讲的 S 锁以及 X 锁有什么区别呢？S 锁是共享锁，X 锁是排他锁，当我们加 S 锁或者 X 锁的时候，如果用到了索引，锁加在了某一条具体的记录上，那么这个锁也是一个记录锁（其实，记录锁，S 锁，X 锁，概念有一些重复的地方，但是描述的重点不一样）。

或者也可以理解为记录锁又细分为 S 锁和 X 锁，它们之间的兼容性如下图：

兼容性	S 型记录锁	X 型记录锁
S 型记录锁	兼容	不兼容
X 型记录锁	不兼容	不兼容

2. Gap Lock

Gap Lock 也叫做间隙锁，它的存在可以解决幻读问题，另外需要注意，Gap Lock 也只在 REPEATABLE READ 隔离级别下有效。先来看看什么是幻读，我们来看如下一个表格：

有两个会话，A 和 B，先在会话 A 中开启事务，然后查询 age 为 99 的用户总数，注意使用当前读，因为在默认的隔离级别下，默认的快照读并不能读到其他事务提交的数据，至于快照读和当前读的区别，大家参考：S 锁与 X 锁，当前读与快照读！。当会话 A 中第一次查询过后，会话 B 中向数据库添加了一行记录，等到会话 A 中第二次查询的时候，就查到了和第一次查询不一样的结果，这就是幻读（注意幻读专指数据插入引起的不一致）。

在 MySQL 默认的隔离级别 REPEATABLE READ 下，上图所描述的情况无法复现。无法复现的原因在于，在 MySQL 的 REPEATABLE READ 隔离级别中，它已经帮我们解决了幻读问题，解决的方案就是 Gap Lock。

大家想想，之所以出现幻读的问题，是因为记录之间存在缝隙，用户可以往这些缝隙中插入数据，这就导致了幻读问题，如下图：

如图所示，id 之间有缝隙，有缝隙就有漏洞。前面我们所说的记录锁只能锁住一条具体的记录，但是对于记录之间的空隙却无能无力，这就导致了幻读（其他事务可往缝隙中插入数据）。

现在 Gap Lock 间隙锁，就是要把这些记录之间的间隙也给锁住，间隙锁住了，就不用担心幻读问题了，这也是 Gap Lock 存在的意义。

给一条记录加 Gap Lock，是锁住了这条记录前面的空隙，例如给 id 为 1 的记录加 Gap Lock，锁住的范围是 (-∞,1)，给 id 为 3 的记录加 Gap Lock，锁住的范围是 (1,3)，那么 id 为 10 后面的空隙怎么锁定呢？MySQL 提供了一个 Supremum 表示当前页面中的最大记录，所以最后针对 Supremum 锁住的范围就是 (10,+∞)，这样，所有的间隙都被覆盖到了，由于锁定的是间隙，所以都是开区间。

那么我们怎么样能看到 Gap Lock 呢？我给大家举一个简单的例子，假设我有如下一张表：

CREATE TABLE `user` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `username` varchar(255) COLLATE utf8mb4_unicode_ci DEFAULT NULL,
  `age` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `age` (`age`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=5 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_unicode_ci;

一个简单的表，id 是主键，age 是普通索引，表中有如下几条记录：

接下来我们执行如下 SQL，锁定一行数据，此时也会产生间隙锁：

接下来我们在一个新的会话中执行如下指令来查看 InnoDB 存储引擎的情况：

1	show engine innodb status\G

输出的信息很多，我们重点关注 TRANSACTIONS，如下：

红色框选中的，就是一个间隙锁的加锁记录，可以看到，在某一个记录之前加了间隙锁。

这就是间隙锁。非常重要的一点需要大家牢记：Gap Lock 只在 REPEATABLE READ 隔离级别下有效。

3. Next-Key Lock

以下内容都是基于 MySQL 默认的隔离级别 REPEATABLE READ。

如果我们既想锁定一行，又想锁定行之间的记录，那么就是 Next-Key Lock 了，换言之，Next-Key Lock 是 Record Lock 和 Gap Lock 的结合体。

正常来说，我们加行锁的基本单位就是 Next-Key Lock，即既有记录锁又有间隙锁，但是有时候 Next-Key Lock 会退化，我们通过几个简单的例子来分析一下。

首先我们来看看 Next-Key Lock 的加锁规则：

锁的范围是左开右闭。
如果是唯一非空索引的等值查询，Next-Key Lock 会退化成 Record Lock。
普通索引上的等值查询，向后遍历时，最后一个不满足等值条件的时候，Next-Key Lock 会退化成 Gap Lock。

我们通过几个简单的例子来分析下。

3.1 唯一非空索引

假设我有一个学生表，学生表中有学生的姓名和成绩，如下：

CREATE TABLE `student` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(255) COLLATE utf8mb4_unicode_ci DEFAULT NULL,
  `score` double NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `score` (`score`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_unicode_ci;

id 是主键，score 是成绩，其中 score 是唯一非空索引。

现在表中有如下数据：

假设我们执行如下 SQL：

在这个例子中，由于 score 是唯一非空索引，所以 Next-Key Lock 会退化成 Record Lock，换句话说，这行 SQL 只给 score 为 90 的记录加锁，不存在 Gap Lock，即我们新开一个会话，插入一条 score 为 88 的记录也是 OK 的。

不过这里有一个特例，如果锁定的是一个不存在的记录，那么也会产生间隙锁，例如下面这个：

由于并不存在 score 为 91 的记录，所以这里会产生一个范围为 (90,95) 的间隙锁，我们执行如下 SQL 可以验证：

可以看到，90.1、94.9 都会被阻塞（我按了 Ctrl C，所以大家看到查询终止）。

90、95 则不符合唯一非空索引的条件。

95.1 则可以插入成功。

没问题。

3.2 非空索引

现在我们重新开始，将 score 索引改为普通索引，如下：

CREATE TABLE `student` (
  `id` int(11) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(255) COLLATE utf8mb4_unicode_ci DEFAULT NULL,
  `score` double NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `score` (`score`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=8 DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_unicode_ci;