简聊MySQL并发事务中幻读、虚读问题的解决方案

        在MySQL数据库中，事务的幻读和虚读问题是并发控制中的关键挑战。以下是针对这两个问题的解决方案及原理说明，并附上相关示例。

一、幻读问题及其解决方案

1. 幻读问题的定义

        幻读是指一个事务在前后两次查询同一个范围的时候，后一次查询看到了前一次查询没有看到的行，这通常是由于其他事务在这个范围内插入了新的数据。

1. 解决方案及原理

   • 提高事务隔离级别：将事务的隔离级别设置为串行化（Serializable）可以彻底避免幻读问题。在这种隔离级别下，事务会完全隔离，其他事务无法在其执行期间插入新的数据。然而，这种解决方案会导致性能显著下降，因为串行化隔离级别会限制并发性。
   • 使用MVCC（多版本并发控制）：MVCC通过为每个事务分配一个唯一的事务ID和版本号，来保证每个事务读取到的数据都是一致的。当一个事务开始时，它会生成一个快照，后续的读取操作都会从这个快照中获取数据，从而避免了幻读问题。MySQL在可重复读（Repeatable Read）隔离级别下，通过MVCC机制来减少幻读问题的发生。
   • 引入Next-Key Lock：在InnoDB存储引擎中，除了行锁之外，还引入了间隙锁（Gap Lock）和Next-Key Lock来解决幻读问题。Next-Key Lock是行锁和间隙锁的组合，它锁定了一个范围，包括索引记录以及它们之间的空隙。当执行范围查询并请求共享或排他锁时，InnoDB会给符合条件的已有数据记录的索引项加锁，同时也会对键值在条件范围内但并不存在的记录（即间隙）加锁。这样，其他事务就无法在这个范围内插入新的数据，从而避免了幻读问题。

2. 示例

   • 假设有一个名为products的表，其中包含id和name两列。
   • 事务A执行查询操作：SELECT * FROM products WHERE id > 100;
   • 事务B在事务A查询的范围内插入一条新的数据：INSERT INTO products (id, name) VALUES (150, 'New Product');并提交事务。
   • 事务A再次执行相同的查询操作：SELECT * FROM products WHERE id > 100;
     • 在没有使用间隙锁的情况下，事务A的第二次查询将会返回新增的数据，导致幻读的问题出现。
     • 如果在事务A的查询语句中加入FOR UPDATE，即 SELECT * FROM products WHERE id > 100 FOR UPDATE;，这样事务A在读取数据的同时，会对查询范围内的间隙进行锁定，从而阻止了其他事务的插入操作，避免了幻读的发生。

二、虚读问题及其解决策略

        虚读问题通常是指在可重复读（Repeatable Read）隔离级别下，一个事务读取到另一个事务已经提交但尚未对当前事务可见的数据。然而，在MySQL的InnoDB存储引擎中，由于实现了MVCC机制，实际上在可重复读隔离级别下并不会发生虚读问题。因为MVCC确保事务读取到的数据是事务开始时的快照，即使其他事务在之后对数据进行了修改或提交，也不会影响到当前事务的读取结果。

三、总结

        MySQL通过提高事务隔离级别、使用MVCC机制以及引入Next-Key Lock等策略，有效地解决了幻读问题。同时，由于MVCC机制的实现，MySQL在可重复读隔离级别下实际上并不会发生虚读问题。在实际应用中，开发者需要根据具体的业务场景和需求选择合适的解决方案，以确保数据的一致性和系统的性能。

四、解释“SELECT ...... FOR UPDATE;”

        当您在MySQL的InnoDB存储引擎中使用SELECT ... FOR UPDATE语句时，如果查询条件涉及范围查询（如id > 100），InnoDB会自动为该查询添加Next-Key Lock。Next-Key Lock是InnoDB实现的一种锁策略，它结合了行锁（Record Lock）和间隙锁（Gap Lock）来避免幻读问题。

具体来说，当您执行SELECT * FROM products WHERE id > 100 FOR UPDATE;时，InnoDB会：

1. 对满足条件id > 100的每一行数据加上行锁（Record Lock），确保其他事务不能修改或删除这些行。
2. 同时，InnoDB还会对id值在100到查询结果中最小id值之间的间隙（Gap）加上间隙锁（Gap Lock），以及查询结果中最大id值到正无穷大之间的间隙加上间隙锁（如果存在的话，实际上在大多数情况下，我们不会关心正无穷大这个边界的间隙锁，因为它不影响插入操作）。这样，其他事务就不能在这个间隙内插入新的数据行。

通过结合行锁和间隙锁，Next-Key Lock能够确保在事务执行期间，查询结果集不会被其他事务修改或插入新行，从而避免了幻读问题。

需要注意的是，虽然SELECT ... FOR UPDATE会添加Next-Key Lock，但只有在事务隔离级别为可重复读（Repeatable Read）或更高（实际上是串行化，但串行化通常不会用于实际应用中，因为它会极大地降低并发性能）时，这种锁策略才会生效。在读已提交（Read Committed）隔离级别下，InnoDB不会使用间隙锁，因此可能会遇到幻读问题。

五、注意navicat中测试记录锁Gap Locks示例：

        确保事务隔离级别是RR: 

1、打开两个查询窗口：

        相当于开启了两个事务；

        窗口1是开启事务并加记录锁；

        窗口2是执行update、insert、delete等DML操作；

窗口1内容：        

        解释：测试时， “运行已选择的” 图表灰色不可点击说明是开启事务成功；“停止”图表亮起，表示添加行锁记录锁；阻塞了，其他窗口就不能对此行记录进行操作了。

窗口2内容：           

         解释：同窗口1的解释。执行update语句没有成功，在等待其他事务释放锁。

2、两个窗口分别关掉停止

窗口1关掉停止，显示： 

SELECT * FROM EMP WHERE ID=1001 FOR  UPDATE
> 1205 - Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
> 时间: 50.591s

窗口2关掉停止，显示： 

update  EMP set ename='天天向上杰4'  where  ID=1001
> 1205 - Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
> 时间: 51.439s

3、注意⚠️错误示范

        千万不要在一个查询窗口中执行啊，切记！错误示范：

              （有不对的地方，大家多多批评，并发表出您的真知，感谢）  上述这样不会执行成功的。因为在同一个会话中，执行语句的顺序是从上到下，相当于在极短的时间内开启事务后，迅速就提交了。在按照顺序执行过程中，等不及锁加载和阻塞，直接就提交执行下一个事务了。 

        用plsqldev.exe操作Oracle时是很好测试的。（略）

        祝大家测试成功！

六、间隙锁简易示例：

间隙锁用于锁定索引记录之间的“间隙”，但不锁定索引记录本身。

示例：

• 假设表your_table的id字段是索引，且有值1、3、5。事务1开始，查询id在1到3之间（不包含1和3）的数据并加锁，会在这个间隙上加间隙锁：        

  • SELECT * FROM your_table WHERE id > 1 AND id < 3 FOR UPDATE;

• 事务2开始，尝试插入id = 2的数据（会被阻塞，因为有间隙锁）：

  • INSERT INTO your_table (id, name) VALUES (2, 'new_entry');

在这个例子中，事务1在1和3之间的间隙上加了间隙锁，事务2尝试插入id = 2的数据时就会被阻塞。

（望各位潘安、各位子健不吝赐教！多多指正！🙏）