数据库系列：MySQL InnoDB锁机制介绍

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数据库系列：事务的4种隔离级别

数据库系列：RR和RC下，快照读的区别

1 背景

随着互联网的发展，高并发业务的盛行，MySQL InnoDB引擎的细粒度行锁，变成很核心的特性之一。

在并发高的情况下，如果使用不当，会导致严重的性能问题。比如细粒度行锁，是实现在索引记录上的，但如果没有命中索引，就回退化成表锁，那对性能是灾难的。

下面我们从索引角度出发, 介绍下MySQL InnoDB的锁机制。

2 InnoDB的索引回顾

Innodb中有2种索引：主键索引（也叫聚集索引 Clustered Index）、辅助索引（也叫非聚集索引 Secondary Index）。

主键索引： 每个表只有一个主键索引，b+树结构，叶子节点存储主键的值以及对应整条记录的数据，非叶子节点不存储记录的数据，只存储主键的值。

当表中未指定主键时，MySQL内部会自动给每条记录添加一个隐藏的rowid字段（默认4个字节）作为主键，用rowid构建聚集索引。聚集索引在MySQL中即主键索引。

辅助索引： 每个表可以有多个辅助索引，b+树结构，非聚集索引叶子节点存储字段（索引字段）的值以及对应记录主键的值，其他节点只存储字段的值（索引字段），这就是与聚集索引不同的地方。每个表可以有多个非聚集索引。

InnoDB的每一个表都会有聚集索引：

• 假设表定义了PK，则PK就是聚集索引
• 如果未定义PK，则第一个非空unique列即是聚集索引
• 如果没有PK也没有非空unique列，InnoDB会创建一个隐含的row_id作为聚集索引使用

下图更形象说明这两种索引的区别，这边假设了一个存储4行数据的表。Id为主键索引，Name作为辅助索引，图中清晰的体现了聚簇索引和非聚簇索引的差异。

表中有四条记录：

5, Gates, Microsoft
7, Bezos, Amazon
11, Jobs, Apple
14, Elison, Oracle

InnoDB数据检索过程

上面的表中有2个索引：id作为主键索引，name作为辅助索引。

如果需要查询id=14的数据，只需要在左边的主键索引中检索就可以了。

如果需要搜索name='Ellison'的数据，需要2步：

1. 先在辅助索引中检索到name='Ellison'的数据，获取id为14
2. 再到主键索引中检索id为14的记录
   
   辅助索引这个查询过程在mysql中叫做回表，相对于主键索引多了第二步操作。

MyISAM数据检索过程

1. 在索引中找到对应的关键字，获取关键字对应的记录的地址
2. 通过记录的地址查找到对应的数据记录

对比发现：Innodb中最好是采用主键索引查询，这样只需要一次索引，如果使用辅助索引检索，涉及多一步的回表操作，比主键查询要耗时一些。

所以，InnoDB的普通索引，实际上会扫描两遍：

第1遍，由普通索引找到PK：检索到name='Ellison'的数据，获取id为14

第2遍，由PK找到行记录：即到主键索引中检索id为14的记录

对索引有兴趣的，可以参考作者的这几篇文章：

MySQL全面瓦解22：索引的介绍和原理分析

MySQL全面瓦解23：MySQL索引实现和使用

MySQL全面瓦解24：构建高性能索引（策略篇）

3 InnoDB 几种常见锁

★InnoDB默认的事务隔离级别为可重复读(Repeated Read, RR)，我们当下的所有介绍都是基于这个隔离级别为前提的。

• 记录锁(Record Locks)：锁定单一行记录，InnoDB 使用记录锁来实现行级锁，这样允许多个事务并发访问不同的行。
• 间隙锁(Gap Locks)：InnoDB 的特性，用于锁定一个范围，但不包括实际的记录。这主要用于防止幻读（Phantom Reads）。
• 临键锁(Next-Key Locks)：InnoDB 存储引擎的一种锁定机制，在执行查询语句时，根据查询条件所锁定的一个范围。这个范围中包含有间隙锁和记录锁。它的设计目的是为了解决幻读（Phantom Reads）。

3.1 记录锁(Record Locks)

记录锁，它封锁索引记录，例如：

select * from table where id=5 for update;

它会在id=1的索引记录上加锁，以阻止其他事务插入，更新，删除id=1的这一行。

需要说明的是：

select * from table where id=5;

则是快照读(SnapShot Read)，它并不加锁，快照读可以参考作者这篇文章：数据库系列：RR和RC下，快照读的区别

3.2 间隙锁(Gap Locks)

间隙锁，它封锁索引记录中的间隔，或者第一条索引记录之前的范围，又或者最后一条索引记录之后的范围。

延续上面的那个例子继续演示：

# 表结构
table (Id PK, Name , Company);

# 表中包含四条记录
5, Gates, Microsoft
7, Bezos, Amazon
11, Jobs, Apple
14, Elison, Oracle

执行SQL语句如下：

select * from table
    where id between 7 and 13
    for update;

这样的话，会封锁数据的区间，以防止其他事务插入id=8的记录。

假设没有间隙锁，则可能够插入成功，而之前的select事务，会发现检索的结果集莫名多了一条记录，即幻影数据。

所以间隙锁主要目的用于防止幻读（Phantom Reads），避免其他事务在间隔中插入数据，导致 『不可重复读』。

如果把事务的隔离级别降级为读提交(Read Committed, RC)，对，就是互联网最常用的隔离级别，间隙锁则会自动失效。

3.3 临键锁(Next-Key Locks)

临键锁（Next-Key Locks）是数据库管理系统InnoDB中的一种重要锁定机制。这种锁是查询时根据查询条件锁定的一个范围，这个范围包括间隙锁和记录锁，左开右闭，即不锁住左边界，但会锁住右边界。临键锁的主要设计目的是为了解决所谓的“幻读”问题。

# 左开右闭 示例
(-infinity, 1]
(1, 7]
(7, 9]
(9, +infinity]

依然沿用上面的例子，InnoDB引擎，RR隔离级别：

-- 创建一个示例表
CREATE TABLE users (
    Id INT PRIMARY KEY,
    Name VARCHAR(255) NOT NULL,
    Company VARCHAR(255) NOT NULL,
);  

-- 插入一些示例数据
INSERT INTO users (id, name, company) VALUES (1, 'Alice', 'ali');
INSERT INTO users (id, name, company) VALUES (2, 'Brand', 'tencent');
INSERT INTO users (id, name, company) VALUES (3, 'Charlie', 'baidu');

-- 开始一个事务，并使用临键锁查询数据
START TRANSACTION;
SELECT * FROM users WHERE id > 1 FOR UPDATE;  

-- 在另一个事务中尝试插入新数据，将会被阻塞直到第一个事务释放锁
START TRANSACTION;
INSERT INTO users (id, name, age) VALUES (4, 'David', 30);
COMMIT;  

-- 第一个事务提交后，第二个事务可以继续执行插入操作
COMMIT;

临键锁的主要目的，也是为了避免幻读(Phantom Read)，在事务隔离级别为可重复读的情况下，InnoDB存储引擎默认使用临键锁。这种锁提供了一种有效的机制来保证在并发环境中数据的完整性和一致性。

如果把事务的隔离级别降级为RC，临键锁则也会失效。

4 总结

• InnoDB的索引与行记录存储在一起，MyISAM则是通过索引的地址查找到对应的数据记录，效率低一些
• InnoDB的聚集索引存储行记录，普通索引存储PK，所以普通索引要查询两次
• 记录锁锁定索引关联的具体记录
• 间隙锁锁定间隔，防止间隔中被其他事务插入
• 临键锁锁定索引记录+间隔，防止幻读
• elect...for update加锁的几种情况：
  • 主键字段：加行锁。
  • 唯一索引字段：加行锁。
  • 普通索引字段：加行锁。
  • 主键范围：加多个行锁。
  • 普通字段：加表锁。
  • 查询空数据：不加锁。
• 行锁与表锁的区别
  • 如果事务1加了行锁，一直未释放锁，事务2操作相同记录，会一直等待直至超时。
  • 如果事务1加了表锁，一直未释放锁，事务2无论操作哪一行记录，都会一直等待直到超时