图文实例解析，InnoDB 存储引擎中行锁的三种算法

前文提到，对于 InnoDB 来说，随时都可以加锁（关于加锁的 SQL 语句这里就不说了，忘记的小伙伴可以翻一下上篇文章），但是并非随时都可以解锁。具体来说，InnoDB 采用的是两阶段锁定协议（two-phase locking protocol）：即在事务执行过程中，随时都可以执行加锁操作，但是只有在事务执行 COMMIT 或者 ROLLBACK 的时候才会释放锁，并且所有的锁是在同一时刻被释放。

并且，行级锁只在存储引擎层实现，而对于 InnoDB 存储引擎来说，行级锁又分三种，或者说有三种行级锁算法：

  • Record Lock：记录锁
  • Gap Lock：间隙锁
  • Next-Key Lock：临键锁

下面，我们来详细解释下这三种行锁算法。

Record Lock 记录锁

顾名思义，记录锁就是为某行记录加锁，事实上，它封锁的是该行的索引记录。如果表在建立的时候没有设置任何一个索引，那么这时 InnoDB 存储引擎会使用 “隐式的主键” 来进行锁定。

所谓隐式的主键就是指：如果在建表的时候没有指定主键，InnoDB 存储引擎会将第一列非空的列作为主键；如果没有的话会自动生成一列为 6 字节的主键。

那么，既然 Record Lock 是基于索引的，那如果我们的 SQL 语句中的条件导致索引失效（比如使用 or） 或者说条件根本就不涉及索引或者主键，行级锁就将退化为表锁。

Record Lock 示例

先来举个对索引字段进行查询的例子，有数据库如下，id 是主键索引：

CREATE TABLE `test` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `username` varchar(255) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=utf8;

初始数据是这样的：

新建两个事务，先执行事务 T1 的前两行，也就是不要执行 commit：

image-20210801215210231

由于没有执行 commit，所以这个时候事务 T1 没有释放锁，并且锁住了 id = 1 的记录行，此时再来执行事务 2 申请 id = 2 的记录行：

image-20210801215329321

可以看见，由于锁住的是不同的记录行，所以两个记录锁并没有相互排斥，来看一下现在表中的数据，由于事务 1 还没有 commit，所以应该是只有 id = 2 的 username 被修改了：

image-20210801215624898

nice，果然。再执行下事务 1 的 commit，id = 1 的 username 也就被修改过来啦。

行锁退化为表锁示例

再来看下没有使用索引的例子：

同样的，新建两个事务，先执行事务 T1 的前两行，也就是不要执行 commit。我们试图使用 select ... for update 给 username = "user_three" 的记录行加上记录锁，但是由于 username 并非主键也并非索引，所以实际上这里事务 T1 锁住的是整张表：

image-20210801220807603

由于没有执行 commit，所以这个时候事务 T1 没有释放锁，并且锁住了整张表。此时再来执行事务 2 试图申请 id = 5 的记录锁，你会发现事务 T2 会卡住，最后超时关闭事务：

image-20210801221604790

两条不同记录拥有相同的索引，会发生锁冲突吗？

这个问题的答案应该很简单吧，上面我们强调过，行锁锁住的是索引，而不是一条记录（只不过我们平常这么说锁住了哪条记录，比较好理解罢了）。所以如果两个事务分别操作的两条不同记录拥有相同的索引，某个事务会因为行锁被另一个事务占用而发生等待。

Gap Lock 间隙锁

这里我先简单提一嘴，下文会详细解释：不同于 Record Lock 是基于唯一索引的，Gap Lock 和 Next-Key Lock 都是基于非唯一索引的。

并且，不同于 Record Lock 锁定的是某一个索引记录，Gap Lock 和 Next-Key Lock 锁定的都是一段范围内的索引记录：

select * from test where id between 1 and 10 for update;

对于上述 SQL 语句，所有在（1，10）区间内（左开右开）的记录行都会被 Gap Lock 锁住，所有 id 为 2、3、4、5、6、7、8、9 的数据行的插入会被阻塞，但是 1 和 10 两条被操作的索引记录并不会被锁住。

注意！这里指的是锁住所有的（1，10）区间内的 id，也就是说即使某个 id 目前并不在我们的表中比如 id = 6 ，如果你想插入一条 id = 6 的新纪录，那对不起，不行。

Next-Key Lock 临键锁

Next-Key Lock 是结合了 Gap Lock 和 Record Lock 的一种锁定算法，其主要目的是为了解决幻读问题。

例如一个索引有 10，11，13 和 20 这四个值，分别对这个 4 个索引进行加锁操作，那么这四个操作分别对应的 Next-Key Lock 锁住的区间是：

  • (-∞, 10]
  • (10, 11]
  • (11, 13]
  • (13, 20]
  • (20, +∞]

细心的同学应该已经注意到了，和 Gap Lock 的不同之处就在于，Next-Key Lock 锁定的区间是左开右闭的，也就是说它是包含当前被操作的索引记录的。

在 InnoDB 默认的隔离级别 REPEATABLE-READ 下，行锁默认使用的算法就是 Next-Key Lock。但是，如果操作的索引是唯一索引或主键，InnoDB 会对 Next-Key Lock 进行优化，将其降级为 Record Lock，即仅锁住索引本身，而不是范围。

由于主键也是一种唯一索引，所以我们可以这么说：Record Lock 是基于唯一索引的，而 Next-Key Lock 是基于非唯一索引的。

需要注意的，当操作的索引为非唯一索引时，InnoDB 会先用 Record Lock 锁住对应的唯一索引，再用 Next-Key Lock 和 Gap Lock 对这个非唯一索引进行处理，而不仅仅是锁住这个非唯一索引。具体地我们举个例子来看下。

Next-Key Lock 示例

假设我们为上面 test 表中新增一个字段，并设置为非唯一索引：

CREATE TABLE `test` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `username` varchar(255) DEFAULT NULL,
  `class` int(11) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `index_class` (`class`) USING BTREE COMMENT '非唯一索引'
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=utf8;

插入一些数据：

image-20210802225225160

开启一个事务 1 执行如下的操作语句：

select * from test where class = 3 for update;

image-20210802225348249

在这种情况下，InnoDB 事实上会加上三种行锁（select * ... from update 加的是行级写锁即 X 锁）：

1）给主键索引 id = 105 加上 Record Lock

2）对于非唯一索引 class = 3，其加上的是 Next-Key Lock，锁定的范围是 (1，3]

3）另外，特别需要注意的是，InnoDB 存储引擎还会对非唯一索引 class 的下一个键值加上 Gap Lock（表中 class = 3 的下个键值是 6），所以还有一个 class 索引范围为 (3，6) 的间隙锁

总结下 2）和 3），对于这条 SQL 语句，InnoDB 存储引擎锁定地 class 索引范围是 (1, 6)

下面我们用实践来验证理论，再开启一个事务 2，执行下述的语句：

image-20210802225636814

不出所料，由于在事务 1 中执行的 SQL 语句已经对主键索引中列 a=105 的记录加上了 X 锁，所以此处再去获取 这个记录的 X 锁会被阻塞住。

再用一个事务来执行下述 SQL 语句：

image-20210802230358942

主键插入 104 没有任何问题，但是插入的 class 索引值 2 在被锁定的范围 (1，6) 中，因此执行同样会被阻塞住。

经过上面的分析，大家一定能够知道下面的 SQL 语句是可以正常执行的：

image-20210802230542969

Attention

需要注意的是，Next-Key Lock 降级为 Record Lock 仅存在于操作所有的唯一索引列的情况。若唯一索引由多个列组成，而操作的仅是多个唯一索引列中的其中一个，那么 InnoDB 存储引擎依然使用 Next-Key Lock 进行锁定。

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posted @ 2021-08-05 09:31  飞天小牛肉  阅读(672)  评论(0)  编辑  收藏  举报