MySQL探祕(七):InnoDB行鎖算法

 在上一篇《InnoDB一致性非鎖定讀》中，咱們瞭解到InnoDB使用一致性非鎖定讀來避免在通常的查詢操做(SELECT FOR UPDATE等除外)時使用鎖。然而鎖這個事情是沒法避免的，數據的寫入，修改和刪除都須要加鎖。今天咱們就繼續學習InnoDB鎖相關的知識。

 因爲文章涉及的概念比較多，懼怕你們看完後會罵人，有一種字我都認識，就不太懂的感受，文章會給出一些實例和試驗，依據具體案例來說解這些概念。畢竟，實踐才能出真知。

 InnoDB存儲引擎支持表鎖和行鎖。顧名思義，表鎖是鎖住整張表，行鎖只是鎖住某些行。InnoDB經過給索引項加鎖來實現行鎖，若是沒有索引，則經過隱藏的聚簇索引來對記錄加鎖。若是操做不經過索引條件檢索數據，InnoDB 則對錶中的全部記錄加鎖，實際效果就和表鎖同樣。InnoDB存儲引擎有3種行鎖的算法，分別是：

• Record Lock: 單個記錄上的鎖
• Gap Lock: 間隙鎖，鎖定一個範圍，但不包括記錄本上
• Next-Key Lock: Gap Lock+Record Lock，鎖定一個範圍，而且鎖定記錄自己

 以下圖所示，

 例如一個索引有10,11,13,20這四個值。InnoDB能夠根據須要使用Record Lock將10，11，13，20四個索引鎖住，也可使用Gap Lock將(-∞,10)，(10,11)，(11,13)，(13,20)，(20, +∞)五個範圍區間鎖住。Next-Key Locking相似於上述兩種鎖的結合，它能夠鎖住的區間有爲(-∞,10]，(10,11]，(11,13]，(13,20]，(20, +∞)，能夠看出它即鎖定了一個範圍，也會鎖定記錄自己。

 InnoDB存儲引擎的鎖算法的一些規則以下所示，後續章節會給出對應的實驗案例和詳細講解。

• 在不經過索引條件查詢時，InnoDB 會鎖定表中的全部記錄。因此，若是考慮性能，WHERE語句中的條件查詢的字段都應該加上索引。

• InnoDB經過索引來實現行鎖，而不是經過鎖住記錄。所以，當操做的兩條不一樣記錄擁有相同的索引時，也會由於行鎖被鎖而發生等待。

• 因爲InnoDB的索引機制，數據庫操做使用了主鍵索引，InnoDB會鎖住主鍵索引；使用非主鍵索引時，InnoDB會先鎖住非主鍵索引，再鎖定主鍵索引。

• 當查詢的索引是惟一索引(不存在兩個數據行具備徹底相同的鍵值)時，InnoDB存儲引擎會將Next-Key Lock降級爲Record Lock，即只鎖住索引自己，而不是範圍。

• InnoDB對於輔助索引有特殊的處理，不只會鎖住輔助索引值所在的範圍，還會將其下一鍵值加上Gap LOCK。

• InnoDB使用Next-Key Lock機制來避免Phantom Problem（幻讀問題）。

真的瞭解本質嗎?

 在不經過索引條件查詢時，InnoDB 會鎖定表中的全部記錄。你們能夠登陸上本身的MySQL服務器，親自試驗一下。

 試驗發現，會話二的查詢操做真的是會發生等待。那麼，這句話真的是對的嗎？咱們可使用《InnoDB鎖的類型和狀態查詢》中查詢數據鎖的方法查詢一下，注意必須在會話二操做還在等待時進行查詢，不然查詢不到。

 其中lock_trx_id爲1851的事務是會話二的事務，另外一個是會話一的事務。咱們能夠看到兩個鎖都要對值爲1的主鍵索引加鎖。須要注意的是，這裏是對主鍵進行加鎖。兩者之間的關係是怎麼肯定的呢?咱們能夠經過information_schema.INNODB_LOCK_WAITS中的數據肯定。

 奇怪，不是說好的鎖定表中的全部記錄嘛？查找了不少資料，發現INNODB_LOCKS的定義以下：

The INNODB_LOCKS table contains information about each lock that an InnoDB transaction has requested but not yet acquired, and each lock that a transaction holds that is blocking another transaction.

 也就是說，這張表並不會顯示全部鎖的信息，而是隻顯示要申請卻沒有申請到，和已經持有鎖而且阻塞其餘線程的鎖信息。怪不得必須在會話二進行等待時進行查詢才能查獲得數據。

 由於兩個會話的操做都要鎖住全部的行，因此發現每次在第一行記錄上就發生了鎖等待。那咱們使用插入語句試試。表e1的主鍵a的值爲1-4，咱們分別插入主鍵爲1-4(固然會有主鍵重複問題，可是因爲有鎖，一直等待)的新記錄，分別查詢鎖信息，就能看到會話一的事務對全部的主鍵都加了鎖，也就是對全部的記錄都加了鎖。

是索引，而不是記錄

 InnoDB存儲引擎的行鎖是經過鎖住索引實現的，而不是記錄。這是理解不少數據庫鎖問題的關鍵。

 因爲InnoDB特殊的索引機制，數據庫操做使用主鍵索引時，InnoDB會鎖住主鍵索引；使用非主鍵索引時，InnoDB會先鎖住非主鍵索引，再鎖定主鍵索引。不瞭解InnoDB索引機制的能夠參考這篇文章

 以下圖所示，當InnoDB鎖定非主鍵索引b時，它也會鎖住其對應的主鍵索引，因此鎖住b值爲2和3的非主鍵索引，那麼與其相關的a值爲6,5的主鍵索引也須要被鎖住。

 好比說，一種常見的死鎖狀況通常出如今以下圖所示的操做場景中。

 會話一的語句使用了b上的索引，由於它是非主鍵索引，因此會先在b索引上添加鎖，再去a索引上加鎖。而會話二的語句偏偏相反，會先在索引a上加鎖，再去索引b加鎖。這種狀況下，就可能出現死鎖。

Next-Key Lock鎖到底有什麼用？

 默認隔離級別REPEATABLE-READ下，InnoDB中行鎖默認使用算法Next-Key Lock，只有當查詢的索引是惟一索引或主鍵時，InnoDB會對Next-Key Lock進行優化，將其降級爲Record Lock，即僅鎖住索引自己，而不是範圍。當查詢的索引爲輔助索引時，InnoDB則會使用Next-Key Lock進行加鎖。InnoDB對於輔助索引有特殊的處理，不只會鎖住輔助索引值所在的範圍，還會將其下一鍵值加上Gap LOCK。

 廢話很少說，咱們來看一下相關的實驗，先作一下準備。

CREATE TABLE e4 (a INT, b INT, PRIMARY KEY(a), KEY(b));
INSERT INTO e4 SELECT 1,1;
INSERT INTO e4 SELECT 3,1;
INSERT INTO e4 SELECT 5,3;
INSERT INTO e4 SELECT 7,6;
INSERT INTO e4 SELECT 10,8;
複製代碼

 而後開啓一個會話執行下面的語句。

SELECT * FROM e4 WHERE b=3 FOR UPDATE; 
複製代碼

 由於經過索引b來進行查詢，因此InnoDB會使用Next-Key Lock進行加鎖，而且索引b是非主鍵索引，因此還會對主鍵索引a進行加鎖。對於主鍵索引a，僅僅對值爲5的索引加上Record Lock（由於以前的規則）。而對於索引b，須要加上Next-Key Lock索引，鎖定的範圍是(1,3]。除此以外，還會對其下一個鍵值加上Gap Lock，即還有一個範圍爲(3,6)的鎖。  你們能夠再新開一個會話，執行下面的SQL語句，會發現都會被阻塞。

SELECT * FROM e4 WHERE a = 5 FOR UPDATE;  # 主鍵a被鎖
INSERT INTO e4 SELECT 4,2;   # 插入行b的值爲2，在鎖定的(1,3]範圍內
INSERT INTO e4 SELECT 6,5; # 插入行b的值爲5，在鎖定的(3,6)範圍內
複製代碼

 InnoDB引擎採用Next-Key Lock來解決幻讀問題。由於Next-Key Lock是鎖住一個範圍，因此就不會產生幻讀問題。可是須要注意的是，InnoDB只在Repeatable Read隔離級別下使用該機制。

後記

 咱們後續還會探討InnoDB的事務的知識，請你們持續關注。

• Mysql探索(一):B-Tree索引

• 數據庫內部存儲結構探索

• MySQL探祕(二)：SQL語句執行過程詳解

• MySQL探祕(三):InnoDB的內存結構和特性

• MySQL探祕(四):InnoDB的磁盤文件及落盤機制

• MySQL探祕(五):InnoDB鎖的類型和狀態查詢

• MySQL探祕(六):InnoDB一致性非鎖定讀

參考

• 淘寶數據庫博客
• Mysql Innodb 中的鎖
• MySQL關於Lock類型的官方文檔