淺析MySQL InnoDB的隔離級別

前言

仍是老規矩，首先提出兩個待解決的問題：

• MySQL InnoDB存儲引擎中事務的隔離級別有哪些？
• 對應隔離級別的實現機制是什麼？

本文就將對上面這兩個問題進行解答，分析事務的隔離級別以及相關鎖機制。

隔離性簡介

隔離性主要是指數據庫系統提供必定的隔離機制，保證事務在不受外部併發操做影響的"獨立"環境執行，意思就是多個事務併發執行時，一個事務的執行不該影響其它事務的執行。

4種隔離級別介紹

在SQL標準中定義了4種隔離級別，分別是：

• Read uncommitted: 未提交讀，事務中的修改，即便沒有提交，對其餘事務也是可見的。存在髒讀
• Read committed: 提交讀，大多數數據庫系統的默認隔離級別(MySQL不是), 一個事務從開始到提交以前，所作的修改對其餘事務不可見。解決髒讀，存在幻讀和不可重複讀
• repeatable read: 可重複讀，該級別保證在同一事務中屢次讀取一樣記錄的結果是一致的。解決髒讀和不可重複讀，理論上存在幻讀，可是在InnoDB引擎中解決了幻讀
• Serializable：可串行化，強制事務串行執行。

上面4種隔離級別是SQL標準定義的，可是在不一樣的存儲引擎中，實現的隔離級別不盡相同。本文主要介紹MySQL InnoDB 存儲引擎中的隔離級別，在InnoDB存儲引擎中，Repeatable Read 是默認的事務隔離級別，同時該引擎的實現基於多版本的併發控制協議——MVCC (Multi-Version Concurrency Control)，解決了幻讀問題，固然 髒讀和不可重複讀也是不存在的。MVCC最大的好處就在於讀不加鎖，讀寫不衝突，這樣極大的增長了系統的併發性能

Read uncommitted

未提交讀，這種狀況下，一個事務A能夠看到另外一個事務B未提交的數據，若是此時事務B發生回滾，那麼事務A拿到的就是髒數據，這也就是髒讀的含義。此隔離級別在MySQL InnoDB通常不會使用，不作過多說明。

Read Committed

提交讀，一個事務從開始直到提交以前，所作的任何修改對其餘事務都是不可見的。解決了髒讀問題，可是存在幻讀現象。

所謂幻讀，指的是在同一事務下，連續執行兩次一樣的SQL語句可能致使不一樣的結果，第二次的SQL語句可能會返回以前不存在的行，也就是"幻行"。

好比下面這個例子：

1. 首先建立一張表,

CREATE TABLE `t` (
  `a` int(11) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`a`)
) ENGINE=InnoDB

insert into t(a) values(1);
insert into t(a) values(2);
insert into t(a) values(4);
複製代碼

2. 分別執行事務1和事務2：

能夠從上圖看出，Read Committed這種隔離級別存在幻讀現象。實際上，Read Committed還可能存在不可重複讀的問題，不可重複讀，指的是一個事務內根據同一條件對行記錄進行屢次查詢，可是查詢出的數據結果不一致，緣由就是查詢區間數據被其餘事務修改了。

不可重複讀感受和幻讀有點像，實際上，前者強調是同一行記錄數據結果不同，後者強調的時屢次查詢返回的結果集不同，增長了或減小了。

Repeatable Read

可重複讀，該級別保證在同一事務中屢次讀取一樣記錄的結果是一致的，在InnoDB存儲引擎中同時解決了幻讀和不可重複讀問題。至於InnoDB經過什麼方式解決幻讀和不可重複讀問題，後續內容揭曉。

Serializable (可串行化)

Serializable 是最高的隔離級別，它經過 強制事務串行執行，避免了幻讀的問題，可是 Serializable 會在讀取的每一行數據上都加鎖，因此可能致使大量的超時和鎖爭用的問題,所以併發度急劇降低，在MySQL InnoDB不被建議使用

Read Committed隔離級別下的加鎖分析

隔離級別的實現與鎖機制密不可分，因此須要引入鎖的概念，首先咱們看下InnoDB存儲引擎提供的兩種標準的行級鎖：

• 共享鎖(S Lock)：又稱爲讀鎖，能夠容許多個事務併發的讀取同一資源，互不干擾。即若是一個事務T對數據A加上共享鎖後，其餘事務只能對A再加共享鎖，不能再加排他鎖，只能讀數據，不能修改數據
• 排他鎖(X Lock): 又稱爲寫鎖，若是事務T對數據A加上排他鎖後，其餘事務不能再對A加上任何類型的鎖，獲取排他鎖的事務既能讀數據，也能修改數據。

注意： 共享鎖和排他鎖是不相容的。

MySQL InnoDB存儲引擎是使用多版本併發控制的，讀不加鎖，讀寫不衝突，除非特定場景下的顯示加讀鎖（這裏不去探究）。本小節主要分析Read Committed隔離級別下的加鎖狀況，在MVCC的做用下，通常也就是寫操做加X鎖了。

加鎖操做是和索引緊密相關的，對一個SQL語句進行加鎖分析時，也要仔細考究其屬性列上的索引類型。假設有數據表t1，有兩個列，name列和id列，插入了幾條數據，沒有明確索引狀況：

insert into t1(name,id) values("a",10);
insert into t1(name,id) values("b",11);
insert into t1(name,id) values("c",13);
insert into t1(name,id) values("d",20);
複製代碼

下面執行 delete from t1 where id = 10 這條SQL語句，這裏的隔離級別設置爲Read Committed，從這條SQL語句不能得知id列的索引狀況，因此須要分狀況討論：

• id列是主鍵
• id列是二級惟一索引
• id列是二級非惟一索引
• id列上沒有索引

下面是對以上幾種狀況的加鎖狀況進行概括總結，更詳細的內容能夠參閱數據庫大牛的文章：MySQL 加鎖處理分析

id列是主鍵

id是主鍵時，上述SQL只須要在id=10這條記錄上加X鎖便可

id列是二級惟一索引

若id列是惟一索引，而主鍵是name列，那麼SQL須要加上兩個X鎖，一個對應於id索引上的id=10的記錄，另外一把鎖對應於主鍵索引上的[name="a",id=10]的記錄

id列是二級非惟一索引

若id列上有非惟一索引，那麼對應的全部知足SQL查詢條件的記錄，都會被加鎖，同時，這些記錄在主鍵索引上的記錄也會被加鎖。

id列上沒有索引

若id列上沒有索引，SQL會走聚簇索引的全掃描進行過濾，因爲過濾是由MySQL Sever層面進行的，所以每條記錄，不管是否知足條件，都會被加上X鎖。

Repeatable Read隔離級別下的加鎖分析

前面說過，在Repeatable Read隔離級別下，InnoDB存儲引擎解決了幻讀和不可重複讀問題，具體的原理是怎麼樣的呢？

以前簡短的介紹了InnoDB中行鎖的知識，下面來看下行鎖的三種算法：

• Record Lock: 單個索引記錄上的鎖，即加X鎖
• Gap Lock： 間隙鎖，鎖定一個範圍，但不包含記錄自身
• Next-Key Lock: Gap Lock + Record Lock，鎖定一個範圍，而且鎖定自己。

Record Lock老是會去鎖住索引記錄，若是InnoDB存儲引擎在建表的時候沒有設置任何一個索引，那麼這時InnoDB會使用隱式的主鍵來進行鎖定。(表沒有定義主鍵的狀況，InnoDB會默認添加一個隱式的主鍵索引)

Next-Key Lock是結合了Gap Lock和Record Lock的一種鎖定算法，好比一個索引列有10,11,13和20這4個值，那麼該索引可能被Next-Key Locking的區間爲：

• ($-\infty$,10)
• (10,11]
• (11,13]
• (13,20]
• (20,$+\infty$)

須要注意一點的是，當查詢的索引含有惟一屬性時，便是主鍵索引或者惟一索引時，InnoDB存儲引擎會對Next-Key Lock進行優化，將其降級爲Record Lock,即僅鎖住索引自己，通常加上X鎖。

Next-Key Lock機制設計的目的就是爲了解決幻讀問題，主要針對查詢列索引爲非惟一索引的時候。如下面這個例子進行說明：

1. 首先建立測試表t1，name是主鍵索引，id爲非惟一索引，即輔助索引

CREATE TABLE `t1` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `name` varchar(200) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`name`),
  KEY `id_indx` (`id`)
) ENGINE=InnoDB

insert into t1(name,id) values("a",10);
insert into t1(name,id) values("b",11);
insert into t1(name,id) values("c",13);
insert into t1(name,id) values("d",20);
複製代碼

2. 執行 delete from t1 where id = 11,其加鎖狀況以下圖所示

這條SQL經過索引列id進行刪除操做，該索引爲非惟一索引，因此其使用傳統的Next-Key Locking 技術加鎖，而且因爲有主鍵索引和輔助索引兩個，須要分別進行鎖定。對於主鍵索引（即彙集索引），其僅對列name = "b"的索引加上 Record Lock，實際上就是X鎖。

而對於非惟一索引，其加上的時Next-Key Lock，鎖定範圍是(10,11)，對其加上Gap Lock(間隙鎖)，GAP鎖實際上就是加在兩條邊界記錄之間的位置。還須要注意的是，InnoDB還會對輔助索引下一個鍵值加上gap lock，即看到在(11,13)之間加了一個GAP鎖。對於11值自己加上Record Lock，即X鎖。

若此時開啓另一個事務執行下面的語句，就會阻塞：

1. select * from t1 where name = "b";
2. insert into t1(name,id) values("c",12);
複製代碼

好比第一條語句不能執行，由於在開始的事務中已經對彙集索引中的列name="b"的值加上了X鎖。所以執行會被阻塞。而第二個SQL，一樣不能執行，插入的值12在鎖定範圍(11,13)中，須要阻塞等待。

因此，從上例就能夠看出，GAP Lock的做用就是爲了阻止多個事務將記錄插入到同一範圍內，這樣就有效的解決了幻讀問題。

隔離級別總結

下面總結下InnoDB存儲引擎下的各類隔離級別：

隔離級別	髒讀可能性	不可重複讀可能性	幻讀可能性	加鎖讀
Read Uncommitted	Yes	Yes	Yes	No
Read Committed	No	Yes	Yes	No
Repeatable Read	No	No	No	No
Serializable	No	No	No	Yes

參考資料 & 鳴謝

• MySQL技術內幕:InnoDB存儲引擎(第2版)
• MySQL 加鎖處理分析