从事务的隔离级别谈起

众所周知，事务有四大特性，简称ACID：原子性、一致性、隔离性、持久性。

对于隔离性，简单来说就是多个事务之间是彼此隔离的，互不影响。但想要做到完全的互不影响是很难的，因为数据的强一致性，很多时候需要牺牲性能去达成。比如如果我们能接受事务的串行执行，那一定是互不影响的。然而现实是，MySQL作为一个数据库，必然是要支持一定程度的并行执行的，也就是多个事务同时去执行。

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凡并行程序，往往是在性能和数据一致性上做取舍。较好的解决方案要么是最终一致，要么是尽量缩小串行执行的范围。

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如果多个事务同时并行执行，在没有隔离的情况，可能会发生脏读、不可重复读、幻读的问题。

案例数据（demo表）：

id(主键) c（普通索引） d（无索引） 5 5 5 10 10 10 15 15 15 20 20 20 25 25 25

「脏读」

一个事务读取了另一个事务未提交的数据。

 

脏读

「不可重复读」

一个事务读取同一行数据，多次读取结果不同。

 

不可重复读

「幻读」

一个事务读取到了别的事务插入的数据。

 

幻读

但InnoDB因为使用了MVCC，读取的是“快照”版本，有一些不同，但如果不上锁，同样可能会有幻读问题。

 

InnoDB的幻读

事务用了四种不同的隔离级别用来解决这些问题。

• Read uncommitted(未提交读)
• Read Committed(已提交读，简称RC)
• Repeatable Reads(可重复读，简称RR)
• Serializable(串行化)

隔离级别越高，解决的问题越多，但并发性能也会越差。它们之间的关系如下表：

隔离级别 脏读 不可重复读 幻读 Read uncommitted 是 是 是 Read Committed 是 是 Repeatable Reads 是 Serializable

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但InnoDB有些许不同，InnoDB默认的隔离级别是RR，但是通过MVCC和间隙锁来一定程度上的解决了幻读的问题。这也是我们今天这篇文章后面会详细介绍的。

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无锁思想：MVCC

MVCC即“多版本并发控制”，但是它在很多情况下避免了加锁操作，因此开销更低。

主流的关系型数据库都实现了MVCC，但实现机制各有不同。实际上MVCC也没有一个统一的标准。但大都实现了非阻塞的读操作，写操作也只是锁定必要的行。本文以下内容所说的MVCC都指的是InnoDB实现的MVCC。

在Mysql的InnoDB引擎，是通过给每行记录后面保存两个隐藏的列来实现的。一个是保存行的创建时间，另一个保存了行的过期时间（或删除时间）。

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实际上存储的并不是实际的一个时间戳，而是“系统版本号”。

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每次开启一个事务，系统版本号都会递增。事务开始时，系统版本号会作为事务的版本号，用来和查询到的行的版本号进行比较。

MVCC只在REPEATABLE READ和READ COMMITTED两个隔离级别下工作，其它两个隔离级别不能工作。因为READ UNCOMMITTED总是读取最新的数据行，而不是符合当前事务版本的数据行。而SERIALIZABLE则会对所有读取的行都加锁。

在MySQL中，正常的SELECT语句，后面不加FOR UPDATE和LOCK IN SHARE MODE的，就是用的MVCC去读。

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MVCC和我们在应用层面去实现的“乐观锁”有一样的思想：用版本号，在尽量无锁的情况下实现一定程度的一致性。

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InnoDB行锁的概念

InnoDB的行锁（也称为临键锁） Next-Key Locks，「是MySQL对外暴露的锁的基本单位，它会智能选择记录锁或间隙锁，锁住一行或多行或一个间隙」。而记录锁又分为共享锁和排他锁，间隙锁的概念下面有一个插入意向锁。这些锁的关系大概是这样：

 

锁的关系

记录锁

所谓记录锁 Record Locks，就是锁住确定的一行行记录。它分为共享锁和排它锁。分别对应不同的SQL写法。

共享锁

共享锁 Shared Locks ，简称S锁。使用以下SQL可能触发：

SELECT ... LOCK IN SHARE MODE

之所以说“可能”触发，是因为它查到了数据库有确定的记录才会锁住这些记录，否则会变成间隙锁。这个其实很好理解，找到了数据，才锁它。如果没找到数据，就锁这个间隙。

排他锁

排他锁 Exclusive locks ，简称X锁。使用一下SQL可能触发：

SELECT ... FOR UPDATE

这里的“可能”含义与上面同理，不赘述。

间隙锁

间隙锁 Gap - Lock，顾名思义，锁住一个间隙。上文我们提到过，InnoDB默认的隔离级别是RR，但是通过间隙锁来一定程度上的解决了幻读的问题。它是怎么解决的呢？就是通过间隙锁来解决的。

上面两种SQL，如果没有查找到确定的记录，就会根据条件去锁住一个间隙。间隙锁是根据已有数据的一个左开右闭的区间。

还是这个案例数据（假设数据都是从1开始）：

id(主键) c（普通索引） d（无索引） 5 5 5 10 10 10 15 15 15 20 20 20 25 25 25

对于下面这些区间的操作，会有对应的间隙锁：(0, 5], (5, 10], (10, 15], (15, 20], (20, 25], (25, 正无穷)。

什么意思呢？假如你的SQL查询的范围不同，那它锁住的区间就不同。比如：

-- 锁住(0, 5]
SELECT * FROM demo where id = 3;
-- 锁住(10, 15]
SELECT * FROM demo where id = 11;

间隙锁其实是“共享”的。也就是说，多个事务可以获取同一个区间的间隙锁。

 

间隙锁不互相阻塞

插入意向锁

插入意向锁 Insert Intention Locks，代表当前事务准备插入一行数据。使用INSERT/UPDATE/DELETE等语句会获得插入意向锁。

「插入意向锁和插入意向锁之间是兼容的，只要插入的键值不同，就不会相互阻塞」。比如以下两个SQL，在不同的事务中，哪怕它们在同一个间隙，只要没有间隙锁，就不会阻塞：

 

插入两条不同的记录不阻塞

但如果两个事务插入同一个key，那就会阻塞。

 

两个插入意向锁阻塞的情况

插入意向锁可以保证两个事务插入key不同的数据的时候不冲突，提升并发性。

「但是间隙锁会阻塞插入意向锁」！这也可以理解，因为InnoDB想在RR隔离级别就解决幻读问题。所以A事务用SELECT语句获取了一个间隙锁，自然不希望B事务在这个期间往这个间隙插入一条新的记录。

 

间隙锁阻塞插入意向锁

与索引的关系

不管哪种行级锁，「行级锁的其实都是索引」。所以在上面的demo中，如果对id（主键）或者column c（普通索引）操作，都会触发相应的行级锁，但如果对column d（无索引）做同样的操作，InnoDB就会对表中所有数据加锁，实际效果跟表级锁一样。

所以一定要注意，如果要上锁，需要注意是否走了索引，不要弄成了表级锁造成安全事故。

一个死锁案例

最后给一个关于间隙锁和插入意向锁的死锁案例吧，也是之前在项目上遇到过的真实案例。

过程

• 事务A select ... for update 查找一个不存在的数据，获得间隙锁；
• 事务B select ... for update 查找一个不存在的数据，获得相同位置的间隙锁；
• 事务A insert into ... 到这个间隙，尝试获得插入意向锁，但被事务B持有的间隙锁阻塞。
• 事务B insert into ... 到这个间隙，尝试获得插入意向锁，但被事务A持有的间隙锁阻塞，MySQL监测到死锁，回滚事务B；
• 因为事务B回滚，所以事务B持有的间隙锁被释放，所以之前事务A的插入语句不再阻塞，顺利执行插入操作。

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报错信息：Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction

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用图把这个过程描述出来：

 

死锁过程

最终结果

事务A插入成功，事务B因为死锁被回滚。

总结

间隙锁主要还是用于防止幻读的情况，所以多个事务能够同时获取同一段间隙锁本身并没有问题，间隙锁能够阻塞插入意向锁也并没有问题。

而插入意向锁可以看成是一种特殊的间隙锁，是用于在同一个间隙，插入不同的数据，不会互相阻塞。它比普通间隙锁的数据一致性更低，但并发性能更好；

解决思路

普通间隙锁还是主要用于读操作防止幻读。所以我们在想进行插入操作的时候，其实没有必要对即将插入的间隙使用普通间隙锁，直接使用insert语句产生的插入意向锁就好了。

如果要保证数据的一致性，可以使用插入意向锁配合主键、唯一键等约束。

附录

那些在文章中用过的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)
);
-- 插数据
INSERT INTO demo VALUES
(5, 5, 5),
(10, 10, 10),
(15, 15, 15),
(20, 20, 20),
(25, 25, 25);
-- 禁止自动提交事务
SET AUTOCOMMIT = 0;
-- 开启事务
BEGIN;
-- 提交事务
COMMIT;
-- 会获取锁的查询
SELECT * FROM demo WHERE id < 5 FOR UPDATE ;

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