MySQL的InnoDB的幻讀問題

MySQL InnoDB事務的隔離級別有四級，默認是「可重複讀」（REPEATABLE READ）。

• 未提交讀（READ UNCOMMITTED）。另外一個事務修改了數據，但還沒有提交，而本事務中的SELECT會讀到這些未被提交的數據（髒讀）。
• 提交讀（READ COMMITTED）。本事務讀取到的是最新的數據（其餘事務提交後的）。問題是，在同一個事務裏，先後兩次相同的SELECT會讀到不一樣的結果（不重複讀）。
• 可重複讀（REPEATABLE READ）。在同一個事務裏，SELECT的結果是事務開始時時間點的狀態，所以，一樣的SELECT操做讀到的結果會是一致的。可是，會有幻讀現象（稍後解釋）。
• 串行化（SERIALIZABLE）。讀操做會隱式獲取共享鎖，能夠保證不一樣事務間的互斥。

四個級別逐漸加強，每一個級別解決一個問題。

• 髒讀，最容易理解。另外一個事務修改了數據，但還沒有提交，而本事務中的SELECT會讀到這些未被提交的數據。
• 不重複讀。解決了髒讀後，會遇到，同一個事務執行過程當中，另一個事務提交了新數據，所以本事務前後兩次讀到的數據結果會不一致。
• 幻讀。解決了不重複讀，保證了同一個事務裏，查詢的結果都是事務開始時的狀態（一致性）。可是，若是另外一個事務同時提交了新數據，本事務再更新時，就會「驚奇的」發現了這些新數據，貌似以前讀到的數據是「鬼影」同樣的幻覺。

借鑑並改造了一個搞笑的比喻：

• 髒讀。假如，中午去食堂打飯吃，看到一個座位被同窗小Q占上了，就認爲這個座位被佔去了，就轉身去找其餘的座位。不料，這個同窗小Q起身走了。事實：該同窗小Q只是臨時坐了一小下，並未「提交」。
• 不重複讀。假如，中午去食堂打飯吃，看到一個座位是空的，便屁顛屁顛的去打飯，回來後卻發現這個座位卻被同窗小Q佔去了。
• 幻讀。假如，中午去食堂打飯吃，看到一個座位是空的，便屁顛屁顛的去打飯，回來後，發現這些座位都仍是空的（重複讀），竊喜。走到跟前剛準備坐下時，卻驚現一個恐龍妹，嚴重影響食慾。彷彿以前看到的空座位是「幻影」同樣。

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一些文章寫到InnoDB的可重複讀避免了「幻讀」（phantom read），這個說法並不許確。

作個試驗：(如下全部試驗要注意存儲引擎和隔離級別)

mysql> show create table t_bitfly\G;
CREATE TABLE `t_bitfly` (
`id` bigint(20) NOT NULL default '0',
`value` varchar(32) default NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=gbk

mysql> select @@global.tx_isolation, @@tx_isolation;
+-----------------------+-----------------+
| @@global.tx_isolation | @@tx_isolation  |
+-----------------------+-----------------+
| REPEATABLE-READ       | REPEATABLE-READ |
+-----------------------+-----------------+

試驗一：

t Session A                   Session B
|
| START TRANSACTION;          START TRANSACTION;
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| empty set
|                             INSERT INTO t_bitfly
|                             VALUES (1, 'a');
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| empty set
|                             COMMIT;
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| empty set
|
| INSERT INTO t_bitfly VALUES (1, 'a');
| ERROR 1062 (23000):
| Duplicate entry '1' for key 1
v (shit, 剛剛明明告訴我沒有這條記錄的)

如此就出現了幻讀，覺得表裏沒有數據，其實數據已經存在了，傻乎乎的提交後，才發現數據衝突了。

試驗二：

t Session A                  Session B
|
| START TRANSACTION;         START TRANSACTION;
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| +------+-------+
| | id   | value |
| +------+-------+
| |    1 | a     |
| +------+-------+
|                            INSERT INTO t_bitfly
|                            VALUES (2, 'b');
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| +------+-------+
| | id   | value |
| +------+-------+
| |    1 | a     |
| +------+-------+
|                            COMMIT;
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| +------+-------+
| | id   | value |
| +------+-------+
| |    1 | a     |
| +------+-------+
|
| UPDATE t_bitfly SET value='z';
| Rows matched: 2  Changed: 2  Warnings: 0
| (怎麼多出來一行)
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| +------+-------+
| | id   | value |
| +------+-------+
| |    1 | z     |
| |    2 | z     |
| +------+-------+
|
v

本事務中第一次讀取出一行，作了一次更新後，另外一個事務裏提交的數據就出現了。也能夠看作是一種幻讀。

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那麼，InnoDB指出的能夠避免幻讀是怎麼回事呢？

http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/innodb-record-level-locks.html

By default, InnoDB operates in REPEATABLE READ transaction isolation level and with the innodb_locks_unsafe_for_binlog system variable disabled. In this case, InnoDB uses next-key locks for searches and index scans, which prevents phantom rows (see Section 13.6.8.5, 「Avoiding the Phantom Problem Using Next-Key Locking」).

準備的理解是，當隔離級別是可重複讀，且禁用innodb_locks_unsafe_for_binlog的狀況下，在搜索和掃描index的時候使用的next-key locks能夠避免幻讀。

關鍵點在於，是InnoDB默認對一個普通的查詢也會加next-key locks，仍是說須要應用本身來加鎖呢？若是單看這一句，可能會覺得InnoDB對普通的查詢也加了鎖，若是是，那和序列化（SERIALIZABLE）的區別又在哪裏呢？

MySQL manual裏還有一段：

13.2.8.5. Avoiding the Phantom Problem Using Next-Key Locking (http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/innodb-next-key-locking.html)

To prevent phantoms, InnoDB uses an algorithm called next-key locking that combines index-row locking with gap locking.

You can use next-key locking to implement a uniqueness check in your application: If you read your data in share mode and do not see a duplicate for a row you are going to insert, then you can safely insert your row and know that the next-key lock set on the successor of your row during the read prevents anyone meanwhile inserting a duplicate for your row. Thus, the next-key locking enables you to 「lock」 the nonexistence of something in your table.

個人理解是說，InnoDB提供了next-key locks，但須要應用程序本身去加鎖。manual裏提供一個例子：

SELECT * FROM child WHERE id > 100 FOR UPDATE;

這樣，InnoDB會給id大於100的行（假如child表裏有一行id爲102），以及100-102，102+的gap都加上鎖。

可使用show innodb status來查看是否給表加上了鎖。

再看一個實驗，要注意，表t_bitfly裏的id爲主鍵字段。實驗三：

t Session A                 Session B
|
| START TRANSACTION;        START TRANSACTION;
|
| SELECT * FROM t_bitfly
| WHERE id<=1
| FOR UPDATE;
| +------+-------+
| | id   | value |
| +------+-------+
| |    1 | a     |
| +------+-------+
|                           INSERT INTO t_bitfly
|                           VALUES (2, 'b');
|                           Query OK, 1 row affected
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| +------+-------+
| | id   | value |
| +------+-------+
| |    1 | a     |
| +------+-------+
|                           INSERT INTO t_bitfly
|                           VALUES (0, '0');
|                           (waiting for lock ...
|                           then timeout)
|                           ERROR 1205 (HY000):
|                           Lock wait timeout exceeded;
|                           try restarting transaction
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| +------+-------+
| | id   | value |
| +------+-------+
| |    1 | a     |
| +------+-------+
|                           COMMIT;
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| +------+-------+
| | id   | value |
| +------+-------+
| |    1 | a     |
| +------+-------+
v

能夠看到，用id<=1加的鎖，只鎖住了id<=1的範圍，能夠成功添加id爲2的記錄，添加id爲0的記錄時就會等待鎖的釋放。

MySQL manual裏對可重複讀裏的鎖的詳細解釋：

http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/set-transaction.html#isolevel_repeatable-read

For locking reads (SELECT with FOR UPDATE or LOCK IN SHARE MODE),UPDATE, and DELETE statements, locking depends on whether the statement uses a unique index with a unique search condition, or a range-type search condition. For a unique index with a unique search condition, InnoDB locks only the index record found, not the gap before it. For other search conditions, InnoDB locks the index range scanned, using gap locks or next-key (gap plus index-record) locks to block insertions by other sessions into the gaps covered by the range.

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一致性讀和提交讀，先看實驗，實驗四：

t Session A                      Session B
|
| START TRANSACTION;             START TRANSACTION;
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| +----+-------+
| | id | value |
| +----+-------+
| |  1 | a     |
| +----+-------+
|                                INSERT INTO t_bitfly
|                                VALUES (2, 'b');
|                                COMMIT;
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| +----+-------+
| | id | value |
| +----+-------+
| |  1 | a     |
| +----+-------+
|
| SELECT * FROM t_bitfly LOCK IN SHARE MODE;
| +----+-------+
| | id | value |
| +----+-------+
| |  1 | a     |
| |  2 | b     |
| +----+-------+
|
| SELECT * FROM t_bitfly FOR UPDATE;
| +----+-------+
| | id | value |
| +----+-------+
| |  1 | a     |
| |  2 | b     |
| +----+-------+
|
| SELECT * FROM t_bitfly;
| +----+-------+
| | id | value |
| +----+-------+
| |  1 | a     |
| +----+-------+
v

若是使用普通的讀，會獲得一致性的結果，若是使用了加鎖的讀，就會讀到「最新的」「提交」讀的結果。

自己，可重複讀和提交讀是矛盾的。在同一個事務裏，若是保證了可重複讀，就會看不到其餘事務的提交，違背了提交讀；若是保證了提交讀，就會致使先後兩次讀到的結果不一致，違背了可重複讀。

能夠這麼講，InnoDB提供了這樣的機制，在默認的可重複讀的隔離級別裏，可使用加鎖讀去查詢最新的數據。

http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/innodb-consistent-read.html

If you want to see the 「freshest」 state of the database, you should use either the READ COMMITTED isolation level or a locking read:
SELECT * FROM t_bitfly LOCK IN SHARE MODE;

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結論：MySQL InnoDB的可重複讀並不保證避免幻讀，須要應用使用加鎖讀來保證。而這個加鎖度使用到的機制就是next-key locks。