深入了解mysql--gap locks,Next-Key Locks

Next-Key Locks

Next-Key Locks是在存储引擎innodb、事务级别在可重复读的情况下使用的数据库锁，官网上有介绍，Next-Key Locks是行锁和gap锁的组合。行锁是什么我们都很清楚，这篇文章主要简单分析一下mysql中的gap锁是什么。innodb默认的锁就是Next-Key locks。

GAP锁

gap锁，又称为间隙锁。存在的主要目的就是为了防止在可重复读的事务级别下，出现幻读问题。

在可重复读的事务级别下面，普通的select读的是快照，不存在幻读情况，但是如果加上for update的话，读取是已提交事务数据，gap锁保证for update情况下，不出现幻读。

那么gap锁到底是如何加锁的呢？

假如是for update级别操作，先看看几条总结的何时加锁的规则。

• 唯一索引
  • 精确等值检索，Next-Key Locks就退化为记录锁，不会加gap锁
  • 范围检索，会锁住where条件中相应的范围，范围中的记录以及间隙，换言之就是加上记录锁和gap 锁（至于区间是多大稍后讨论）。
  • 不走索引检索，全表间隙加gap锁、全表记录加记录锁
• 非唯一索引
  • 精确等值检索，Next-Key Locks会对间隙加gap锁（至于区间是多大稍后讨论），以及对应检索到的记录加记录锁。
  • 范围检索，会锁住where条件中相应的范围，范围中的记录以及间隙，换言之就是加上记录锁和gap 锁（至于区间是多大稍后讨论）。
• 非索引检索，全表间隙gap lock，全表记录record lock

gap锁演示例子

假如有以下一张表结构，主键简单点是字符，属性列只有一个数字，是非唯一索引。

create table gap_table
(
  letter varchar(2) default '' not null primary key,
  num int not null
);

create index gap_table_num_uindex  on gap_table (num);

INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES ('d', 3);
INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES ('g', 6);
INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES ('j', 8);

无gap锁

假如没有gap锁，也就是把事务级别调到读提交,执行以下两个session

session1	session2
select * from gap_table where num=6 for update，结果是一条
	INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES (’’, 6);
select * from gap_table where num=6 for update，结果是二条，出现幻读

非唯一索引等值检索gap锁

假如有gap锁，演示一个非唯一索引等值检索gap锁。也就是把事务级别调到可重复读,执行以下两个session

session1	session2
select * from gap_table where num=6 for update，结果是一条。
	INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES (’’, 6);gap锁住间隙，阻塞无法插入数据。
select * from gap_table where num=6 for update，结果是一条。不出现幻读

唯一索引（主键）范围检索gap锁

假如有gap锁，演示一个唯一索引范围检索gap锁。也就是把事务级别调到可重复读,执行以下两个session

session1	session2
select * from gap_table where letter>‘d’ for update，结果是两条。
	INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES (‘z’, 10);gap锁住间隙，阻塞无法插入数据。
select * from gap_table where letter>‘d’ for update，结果是两条。不出现幻读

gap锁是如何锁区间？

经过上面的演示可以知道gap锁的基本作用就是保证可重复读的情况下不出现幻读。那么还有一点就是gap是按照什么原则进行锁的呢？要了解gap锁的原则，需要先了解innodb中索引树的结构。下面一张图片描述了在innodb中，索引的数据结构是如何组织的

从上面的图片可以看出，索引结构分为主索引树和辅助索引树，辅助索引树的叶子节点中包含了主键数据，主键数据影响着叶子节点的排序，gap锁的关键就是锁住索引树的叶子节点之间的间隙，不让新的记录插入到间隙之中，说起来可能拗口，下面画图分析。

非唯一索引gap锁原则分析

假如还是使用一开始演示的表结构和数据，那么当前的辅助索引树（数字列）叶子节点的排序结构应该如下。

假如执行以下sql的话

INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES ('k', 6);

辅助索引树的叶子节点结构变为以下图片结构，k大于g，所以(6,k)排在后面，我们先把(6,k)这条数据删除，方便后面演示。

了解了以上的规则，我们进行实际操作演示gap锁区间原则，从而推测锁住哪些区间。

情况1

分别有两个session，session1执行以下语句:

select * from gap_table where num=6 for update

session2执行以下sql，执行成功：

INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES ('a', 3);

按照排序规则,叶子节点插入结构如下

情况2

分别有两个session，session1执行以下语句:

select * from gap_table where num=6 for update

session2执行以下sql，执行失败：

INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES ('e', 3);

按照排序规则，叶子节点应该插入如下地方，但是因为区间被锁插入失败。

情况3

分别有两个session，session1执行以下语句:

select * from gap_table where num=6 for update

session2执行以下sql，执行失败：

INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES ('h', 6);

按照排序规则，叶子节点应该插入如下地方，但是因为区间被锁插入失败。

情况4

分别有两个session，session1执行以下语句:

select * from gap_table where num=6 for update

session2执行以下sql，执行失败：

INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES ('h', 7);

按照排序规则，叶子节点应该插入如下地方，但是因为区间被锁插入失败。

情况5

分别有两个session，session1执行以下语句:

select * from gap_table where num=6 for update

session2执行以下sql，执行成功：

INSERT INTO gap_table (letter, num) VALUES ('h', 9);

按照排序规则,插入在未锁区间就能插入成功。

总结

当session1执行以下语句:

select * from gap_table where num=6 for update

锁住的区间如图所示。按照B+索引树排序规则，计算好叶子节点插入位置时，在被gap锁住的区间段内，不能插入任何数据，只有在gap锁释放时才能进行插入。

在上面的各种情况中锁住的区间其实是（3，d）到（6，g）和（6，g）到（8，j），落到这个区间段的叶子节点都是无法插入的。主键也作为一个信息参与到叶子节点的排序规则中。这里面边界都是开区间，插入（3，d），（8，j）的数据会报错主键重复而不是lock等待超时。

唯一索引或者非唯一索引范围检索gap锁原则分析

另一种会出现gap锁的情况就是使用索引时，用到范围检索，就会出现gap 锁。

使用以下表结构。

create table gap_tbz
(
  id   int default 0 not null
    primary key,
  name varchar(11) not null
);

INSERT INTO test.gap_tbz (id, name) VALUES (1, 'a');
INSERT INTO test.gap_tbz (id, name) VALUES (5, 'h');
INSERT INTO test.gap_tbz (id, name) VALUES (8, 'm');
INSERT INTO test.gap_tbz (id, name) VALUES (11, 'ds');

情况1

分别有两个session，session1执行以下语句:

select * from gap_tbz where id > 5 for update;

session2执行以下sql，执行失败：

insert into gap_tbz values(6,'cc');

按照排序规则,这里应该是在主键索引树检索，叶子节点插入结构如下。由于session1执行了范围的for update sql语句，因此范围内添加了gap锁，gap锁的区间是id在（5，+无限）

当执行插入的id范围在5之前，如下sql,能够执行成功。

insert into gap_tbz values(4,'cc');

情况2

分别有两个session，session1执行以下语句:

select * from gap_tbz where id > 5 and id < 11 for update;

session2执行以下sql，执行失败：

#以下报错 lock等待超时
insert into gap_tbz values(11,'cc');

#以下报错 主键重复
insert into gap_tbz values(5,'cc');

#从两种报错来看也可以看出gap锁区间是左开右闭

 

按照排序规则,这里应该是在主键索引树检索，由于session1执行了范围的for update sql语句，因此范围内添加了gap锁，gap锁的区间是id在（5，11]，唯一索引gap锁区间是左开右闭。

思考

假如条件是一个非索引列，那么如何处理？

假如是非索引咧，那么将会全表间隙加上gap锁。

条件是唯一索引等值检索且记录不存在的情况，会使用gap lock？

我们要考虑，gap lock是防止幻读，那么尝试思考，使用唯一索引所谓条件查找数据for update，如果对应的记录不存在的话，是无法使用行锁的。这时候，会使用gap lock来锁住区间，保证记录不会插入，防止出现幻读。

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