【MySQL】可重复读级别下基于Next Key Lock解决幻读

昨天读到了一篇文章[1]，里面讲，面试官说mysql的可重复读级别下有解决幻读的方式，最后公布了答案，是在sql后面加for update。这么说倒是没错，但是这种问法给我一种奇怪的感觉，因为for update无论在哪个隔离级别下，都能提供x锁进行锁定防止幻读，而next key lock，是x锁的三种实现算法之一，next key lock，也不应该翻译为间隙锁。下面我们一一讲来。

一，mysql的锁

mysql的锁，

按照读或写，分成s锁和x锁

按照锁的范围，分成表锁和行锁

按照意向锁的读或写，分成is锁和ix锁。其中is锁和ix锁是表锁，但不是真的用排他锁锁表，而是一种共享锁，旨在告诉其他线程表中有s锁或者x锁；而s锁和x锁是真的加了排他锁，s锁是对读共享对写排他，x锁是对其他线程的任何操作都排他，且s锁和x锁都是行锁。

而最后一个，mysql行锁的三种算法。

行锁（Record Lock），只锁单行记录本身。

间隙锁（Gap Lock），锁住记录两边的记录，但是对记录本身，不加锁。

临键锁（Next Key Lock），即锁住记录本身，也锁住记录两边，这种锁的范围是左闭右开。还有一种锁，叫做Previous Key Lock，和Next Key Lock类似，区别只是锁的范围左开右闭。它们都来自于谓词锁，即锁住满足某一查询条件的所有数据项，它不仅包括当前在数据库中满足条件的记录，也包括即将要插入，更新或删除到数据库并满足查询条件的数据项。

下图来自《MySQL技术内幕 InnoDB存储引擎》一书。

第一个需要清晰指出的误区是，Next Key Lock翻译为临键锁[2]，而不是间隙锁。next意为下一个，key意为键；而gap指空挡、间隙，因此Gap Lock才是间隙锁。

第二个误区是，Next Key Lock确实能够解决幻读问题，但是不止在可重复读（rr）级别下，你在所有级别下，在sql后面加for update都能施加x锁（有时是临键锁有时是行锁，这个后面讲）解决幻读问题。

二，mysql解决并发问题的机制

mysql有两种解决并发问题的机制，一种叫做基于一致性的非锁定读（Multi Version Concurrent Control, MVCC），也叫快照读；另一种叫做基于一致性的锁定读（Lock Based Concurrent Control, LBCC）也叫当前读。

mysql四种隔离级别，读未提交，就是没有并发控制；读已提交和可重复读默认走的MVCC；串行化走的LBCC；但是不管哪个级别，加了lock in share mode(s锁)和for update(x锁)都是走的LBCC了。

简单来说，读已提交和可重复读不加锁走MVCC，加锁走LBCC。串行化就走LBCC没法走MVCC；读未提交默认没并发控制，加了所走LBCC，不过这种级别应该也应用不广。

MVCC其实就是不直接读取记录本身，只读写操作形成的undo log，undo log其实就是一种数据快照，其中包括记录所有数据，此外还多了一个指向其他undo log的指针（roll_ptr）和生成此undo log的事务id（trix_id），因此MVCC被称为快照读。这些不同事务写操作的undo log形成一个undo log链表，在查询的时候事务去undo log链表中进行查询，读已提交和可重复读的区别就是，读已提交每次查询都生成一个ReadView，而可重复读只有第一次查询生成一个ReadView。ReadView如何控制查询和解决不可重复读问题的，可以看往期文章[3]。

LBCC是直接去读取记录本身，这个没有什么好说的。

需要特别说明的是，MVCC和LBCC都是针对读请求的并发机制，对于写请求，会直接对要修改的行加锁进行操作，写操作在事务中会形成undo log并不持久化到硬盘，事务提交后持久化到硬盘并删除无用的undo log。

三，Next Key Lock如何解决幻读问题

要知道Next Key Lock如何解决幻读问题，首先要知道什么是幻读。幻读问题，简单的说就是a事务进行了两次相同的查询，第二次查询结果比第一次多了一些结果，原因是b事务在a事务两次查询中间，向其查询范围内插入了数据并提交，导致a事务第二次查询范围内多出了这些b事务提交的数据。好，接下来我们看一下例子。

假设有这样的一个sql，其中a是辅助索引，a的值有1、3、5、8、10。

select * from t where a = 5 for update;

由于加了x锁，走的LBCC，x锁的具体实现为临键锁，锁住(3, 5)+5+(5,8)，即(3,8)。为什么使用临键锁锁住一整个区域呢，用行锁Record Lock只锁住一行不行吗，毕竟我们的查询条件只是a=5。

答案是不行。行锁的定义就是只锁住一行，而且a是辅助索引，并非唯一索引，意味着a=5可能有多行，只靠Record Lock锁不住多行a=5的记录。不仅如此，还有可能新插入的a=5的记录插入在原本a=5索引的最左侧或最右侧，因此要使用Next Key Lock锁住接近a=5的所有索引值对应的记录。即(3, 5)范围内有可能插入一个新的a=5的记录，(5,8)范围内也有可能插入一个新的a=5的记录，因此要锁住临近a=5的一整个范围。整个可能被插入的范围都被锁住，那么新插入数据的可能性就不存在了，幻读因此不可能出现。

至此，我们解释了为什么不能直接使用行锁来加锁，也解释了临键锁为什么能防止幻读。

四，Next Key Lock降级为Record Lock

前面我们解释了为什么普通索引要使用临键锁。其实还有一种情况，即等值查询时，使用的索引是唯一索引，那么Next Key Lock会被mysql降级为Record Lock。

因为唯一索引的数据是唯一的，不管查找的唯一索引的数据有或者没有，都只需要锁住一行即可，使用行锁锁住一行就能锁住等值查询的要找的那一条记录。

五，没有LBCC，可重复读只靠默认的MVCC能解决幻读问题吗

在可重复读级别下，只靠MVCC能够防止幻读吗？先说答案，部分情况下能，部分情况下，不能。

1，能防止幻读的情况

先说一下能防止幻读的原因。a事务进行了两次相同的查询，b事务在这两次查询中间，插入了在a事务查询范围内的数据，并提交，导致a事务第二次查询比第一次查询多出了数据，这就是幻读，两次相同的查询但是结果不一样，多了数据。

出现这种幻读的情况下，分为两种情况，事务b比事务a早开启，和事务b比事务a晚开启。

（1）假设事务b比事务a早开启，在事务a两次查询中间提交。

那么事务a第一次查询时生成了一个ReadView，在事务a第二次查询时，还会使用这个ReadView去进行查询（因为是可重复读级别下）。首先事务a会发现根据这个ReadView，事务b的trx_id在ReadView的min_trx_id和max_trx_id之间，表示事务b可能是活跃的事务，是不是还需要查看m_ids列表；

第二步，其中的m_ids列表（包括了生成ReadView时所有活跃的事务id）会包含事务b的trx_id，因此会认为事务b还是一个活跃事务，活跃事务的数据属于脏数据，因此不会被事务a读取。

注，ReadView的使用规则，查看文章[3]。

（2），假设事务b比事务a晚开启，在事务a两次查询中间提交。则事务b在提交数据后生成的undo log的trx_id就是事务b的trx_id，事务b要比事务a晚开启，意味着事务b的trx_id比事务a第一次查询时生成的ReadView的max_trx_id要大，则事务a在第二次查询时，可以通过ReadView知道，事务b是生成ReadView以后才开启，则事务a不会读取将来的数据。

两种情况列举下来，均可以避免幻读。

2，不能防止幻读的情况

那么什么时候不能防止幻读呢？在防止幻读时举的例子如下：
a事务进行了两次相同的查询，b事务在这两次查询中间，插入了在a事务查询范围内的数据，并提交，导致a事务第二次查询比第一次查询多出了数据

我们只需要在事务a第二次查询数据前，对事务b提交的数据做修改，然后再进行事务a的第二次查询。只用添加这么一步，就会出现幻读。

这是因为update本身不会根据MVCC，具体说就是ReadView去查看是否可以修改，update本身是加悲观锁直接对记录进行修改的，也就是说在事务b插入并提交以后，事务a是可以找到这条数据并成功修改的，并因此生成了undo log，并且undo log的trx_id就是事务a自己。

此时事务a再进行第二次查询，事务a查到符合范围的数据中，有一个自己修改的undo log快照，符合条件，于是就作为结果展示出来了，因此产生了幻读。

以上，就是关于可重复读、MVCC、LBCC、临键锁、间隙锁的一些解释。

参考文章：
[1]，Mysql 间隙锁原理，以及Repeatable Read隔离级别下可以防止幻读原理(百度)
[2]，详解 MySql InnoDB中的三种行锁（记录锁、间隙锁与临键锁）
[3]，【MySQL】基于MVCC的RR、RC级别事务原理简述