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深入探究MySQL临键锁

2023-08-11 3324
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本文涉及的产品
RDS MySQL DuckDB 分析主实例，集群系列 4核8GB
简介： 临键锁（Next-Key Lock）：临键锁是查询时InnoDB根据查询的条件而锁定的一个范围，这个范围中包含有间隙锁和记录数；临键锁=间隙锁+记录锁。其设计的目的是为了解决Phantom Problem(幻读)；主要是阻塞insert，但由于临键锁中包含有记录锁，因此临键锁所锁定的范围内如果包含有记录，那么也会给这些记录添加记录锁，从而造成阻塞除insert之外的操作；

2.4 临键锁

2.4.1 临键锁的区间测试

临键锁（Next-Key Lock）：临键锁是查询时InnoDB根据查询的条件而锁定的一个范围，这个范围中包含有间隙锁和记录数；临键锁=间隙锁+记录锁。

其设计的目的是为了解决Phantom Problem(幻读)；主要是阻塞insert，但由于临键锁中包含有记录锁，因此临键锁所锁定的范围内如果包含有记录，那么也会给这些记录添加记录锁，从而造成阻塞除insert之外的操作；

Tips：临键锁的主要目的，也是为了避免幻读(Phantom Read)。如果把事务的隔离级别降级为RC，临键锁则也会失效。

临键锁锁住的区间为：记录+区间（左开右闭）

左开右闭：不锁住左边，锁右边

测试表：

drop table if exists t2;
CREATE TABLE `t2`  (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `num` int(11) ,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB ;
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (5, 5);
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (10, 10);
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (15, 15);
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (20, 20);
-- 创建普通索引
create index idx_num on t2(num);
-- 创建唯一索引
create unique index idx_num on t2(num);
-- 删除索引
drop index idx_num on t2;
  • 区间示意图：

Tips：间隙锁只会阻塞insert，记录锁会阻塞任意的锁（单要注意排他锁和共享锁的关系）；

【测试案例-01-间隙锁】

临键锁的触发不仅把条件区间（11-16）的数据行锁住了，还把临键的数据行统统锁住了；锁住的区间为：(10,15]、(15,20]

锁住的id范围：10（不含）~20（含）

session1

session2

begin;

begin;

select * from t2 where id>11 and id<16 for update;

insert into t2 values(10,0); -- 不阻塞

insert into t2 values(11,0); -- 阻塞

insert into t2 values(15,0); -- 阻塞

insert into t2 values(16,0); -- 阻塞

insert into t2 values(18,10); -- 阻塞

insert into t2 values(20,0); -- 阻塞

insert into t2 values(21,0); -- 不阻塞

rollback;

rollback;

【案例测试-02-记录锁】

临键锁是间隙锁+记录数的；上述案例中测试了临键锁中的间隙锁，这次我们来测试一下临键锁中的记录锁；

session1

session2

begin;

begin;

select * from t2 where id>11 and id<16 for update;

select * from t2 where id=12 for update; -- 间隙锁,不阻塞

select * from t2 where id=15 for update; -- 记录数,阻塞

select * from t2 where id=17 for update; -- 间隙锁,不阻塞

select * from t2 where id=20 for update; -- 记录数,不阻塞

rollback;

rollback;

2.4.2 临键锁-普通列

我们刚刚测试的是以主键索引进行测试，如果采用不同的列（普通列、普通索引、唯一索引/主键索引等），则临键锁中的间隙锁和记录锁住的内容大不相同；

如果查询的是普通列，那么触发的临键锁为：表级别的间隙锁+表级别的记录锁

  • 测试表：
drop table if exists t2;
CREATE TABLE `t2`  (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `num` int(11) ,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB ;
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (5, 5);
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (10, 10);
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (15, 15);
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (20, 20);

1）间隙锁

【案例测试-01-表级别间隙锁】

session1

session2

begin;

begin;

select * from t2 where num=11 for update;

insert into t2 values(null,3); -- 阻塞

insert into t2 values(null,5); -- 阻塞

insert into t2 values(null,8); -- 阻塞

insert into t2 values(null,10); -- 阻塞

insert into t2 values(null,18); -- 阻塞

insert into t2 values(null,21); -- 阻塞

rollback;

rollback;

Tips：innoDB查询如果没有使用到索引默认触发表级临键锁，把所有的间隙都锁住了

2）记录锁

以普通列查询除了会触发表级别的临键锁外，同时还会触发表级别的记录锁；

【案例测试-02-表级别记录锁】

session1

session2

begin;

begin;

select * from t2 where num=11 for update;

select * from t2 where id=3 for update; -- 间隙锁,不阻塞

select * from t2 where id=5 for update; -- 记录数,阻塞

select * from t2 where id=8 for update; -- 间隙锁,不阻塞

select * from t2 where id=15 for update; -- 记录数,阻塞

select * from t2 where id=18 for update; -- 间隙锁,不阻塞

select * from t2 where id=20 for update; -- 记录数,阻塞

rollback;

rollback;

2.4.3 临键锁-普通索引

如果查询的列为普通索引列，要看被查询的记录是否在临界值，以及是否是范围查询，才能判断临建锁的范围；

  • 被查询的记录是否在临界值情况：
  • 非临界值：那么间隙锁为当前记录所在的区间，记录锁则不会生效（记录锁不存在）；
  • 临界值：那么间隙锁为相邻的两个区间，记录锁退化成行锁（即只会锁住被查询的那条记录）；
  • 范围查询情况：间隙锁为范围所涉及到的所有区间，记录锁也会升级为范围锁涉及到的区间
drop table if exists t2;
CREATE TABLE `t2`  (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `num` int(11) ,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB ;
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (5, 5);
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (10, 10);
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (15, 15);
INSERT INTO `t2`(`id`, `num`) VALUES (20, 20);
-- 创建普通索引
create index idx_num on t2(num);

1）非临界值

当使用普通索引列查询，查询的记录不处于临界值时，那么间隙锁为被查询记录所在的区间，记录锁则不会生效；

【测试案例-01-间隙锁】

session1

session2

begin;

begin;

-- 触发间隙锁，锁住(15,20]区间
select * from t2 where num=17 for update;

insert into t2 values(null,15); -- 阻塞

insert into t2 values(null,18); -- 阻塞

insert into t2 values(null,20); -- 不阻塞

rollback;

rollback;

num=17这条记录不是会锁定(15,20]区间吗？为什么15被阻塞了，20反而没被阻塞呢？

这里需要牵扯到另一个问题了，在InnoDB中，相同的普通索引的叶子节点是以主键的顺序进行排列的，我们来模拟一下刚刚插入的数据在B+Tree上的变化：

只考虑叶子节点的变化，可以看到在上图在演变的过程中产生了分裂情况（假设每个叶子节点都只存储两个元素），如果普通索引的重复值太多势必会造成大量的分裂情况，减低插入效率，因此索引列不宜选择重复率太大的列；

再看下图数据库表中实际存储的列的样子我们就会明白为什么num=20不阻塞，num=15阻塞了

  • num索引列排列情况：

查询示意图：

【测试案例-02-间隙锁】

当我们把id列的影响也计算进来时，数据就符合我们正常分析的情况了：

session1

session2

begin;

begin;

-- 触发间隙锁，锁住(15,20]区间
select * from t2 where num=17 for update;

insert into t2 values(14,15); -- 不阻塞

insert into t2 values(18,18); -- 阻塞

insert into t2 values(19,20); -- 阻塞

rollback;

rollback;

【测试案例-03-记录锁】

当使用普通索引列查询，查询的记录不处于临界值时，那么间隙锁为被查询记录所在的区间，记录锁则不会生效

session1

session2

begin;

begin;

-- 没有num=17的这条记录，记录锁不会存在
select * from t2 where num=17 for update;

select * from t2 where num=15 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=16 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=17 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=20 for update; -- 不阻塞

rollback;

rollback;

2）临界值

【测试案例-01-间隙锁】

当使用普通索引列来查询，并且查询的记录处于临界值时，那么间隙锁为相邻的两个区间，记录锁退化成行锁；

下面案例将会锁住(10,15]、(15,20]两个区间

session1

session2

begin;

begin;

-- 触发的间隙锁的区间为(10,15]、(15,20]
select * from t2 where num=15 for update;

insert into t2 values(null,8); -- 不阻塞

insert into t2 values(null,10); -- 阻塞

insert into t2 values(null,11); -- 阻塞

insert into t2 values(null,15); -- 阻塞

insert into t2 values(null,18); -- 阻塞

insert into t2 values(null,20); -- 不阻塞

rollback;

rollback;

发现实际插入的数据跟我们分析的情况不一致，这个时候我们依然也要观察B+Tree的实现：

  • 索引底层构建过程：

  • 临键锁区间：

15处于(10,15]和(15,20]两个临键区间，因此在两个区间内的数据行都被锁住了

【测试案例-02-记录锁】

当使用普通索引列来查询，并且查询的记录处于临界值时，那么间隙锁为相邻的两个区间，记录锁退化成行锁；

session1

session2

begin;

begin;

-- 记录锁只锁住num=15这行记录
select * from t2 where num=15 for update;

select * from t2 where num=10 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=12 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=15 for update; -- 阻塞

select * from t2 where num=18 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=20 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=22 for update; -- 不阻塞

rollback;

rollback;

3）范围值

【测试案例-01-间隙锁】

当使用普通索引进行条件范围查询时，那么间隙锁查询范围所涉及到的区间，记录锁也会升级为查询范围涉及到的区间；

session1

session2

begin;

begin;

-- 间隙锁为(10,20]区间
select * from t2 where num>11 and num <16 for update;

insert into t2 values(9,10); -- 不阻塞

insert into t2 values(11,10); -- 阻塞（参考B+Tree的构建）

insert into t2 values(11,11); -- 阻塞

insert into t2 values(12,12); -- 阻塞

insert into t2 values(15,15); -- 阻塞（被记录锁阻塞）

insert into t2 values(18,18); -- 阻塞

insert into t2 values(19,20); -- 阻塞

insert into t2 values(21,20); -- 不阻塞（参考B+Tree的构建）

rollback;

rollback;
  • 分析底层B+Tree构建情况：

【测试案例-02-记录锁】

当使用普通索引进行条件范围查询时，那么间隙锁查询范围所涉及到的区间，记录锁也会升级为查询范围涉及到的区间；

session1

session2

begin;

begin;

-- 记录锁的区间为(10,20]区间
select * from t2 where num>11 and num <16 for update;

select * from t2 where num=10 for update; -- 不阻塞（左开右闭）

select * from t2 where num=12 for update; -- 不阻塞（属于间隙）

select * from t2 where num=15 for update; -- 阻塞（触发记录锁）

select * from t2 where num=16 for update; -- 不阻塞（属于间隙）

select * from t2 where num=18 for update; -- 不阻塞（属于间隙）

select * from t2 where num=20 for update; -- 阻塞（左开右闭，触发记录锁）

select * from t2 where num=21 for update; -- 不阻塞（即是间隙，也不在区间）

rollback;

rollback;

2.4.4 临键锁-主键和唯一索引

如果查询的是唯一索引或主键索引，也要看被查询的记录是否在临界值；是否是范围查询等

  • 被查询的记录是否在临界值情况：
  • 不在临界值：间隙锁为当前被查询的记录所在的区间，记录锁会消失；
  • 在临界值：间隙锁会消失，记录锁退化成行锁
  • 范围查询情况：间隙锁为范围查询所涉及到的所有区间，记录数也会升级为范围所涉及到的区间（和普通索引的效果一致）；

创建唯一索引：

-- 删除索引
drop index idx_num on t2;
-- 创建唯一索引
create unique index idx_num on t2(num);

1）非临界值

唯一索引在查询非临界值的记录时和普通索引的特点一样，即==间隙锁为当前记录所在的区间，记录锁不生效；==

【测试案例-01-间隙锁】

session-01

session-02

begin;

begin;

-- 间隙锁锁住的区间为(15,20]
select * from t2 where num=17 for update;

insert into t2 values(null,11); -- 不阻塞

insert into t2 values(null,15); -- 不阻塞

insert into t2 values(null,16); -- 阻塞

insert into t2 values(null,18); -- 阻塞

insert into t2 values(null,20); -- 不阻塞

insert into t2 values(null,21); -- 不阻塞
  • 分析num列索引的B+Tree底层构建情况：

Tips：唯一索引冲突时MySQL会立即响应，不会触发临键锁

【测试案例-02-记录锁】

唯一索引在查询非临界值的记录时，记录锁不生效；

session1

session2

begin;

begin;

-- 没有num=17的这条记录，记录锁不会存在
select * from t2 where num=17 for update;

select * from t2 where num=15 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=16 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=17 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=20 for update; -- 不阻塞

rollback;

rollback;

2）临界值

在使用唯一索引查询临界值时，间隙锁会消失，记录锁会退化成行锁；

【测试案例-01-间隙锁】

session1

session2

begin;

begin;

select * from t2 where num=15 for update;

insert into t2 values(null,4); -- 不阻塞

insert into t2 values(null,8); -- 不阻塞

insert into t2 values(null,11); -- 不阻塞

insert into t2 values(null,15); -- 阻塞(阻塞的原因是记录锁，而不是间隙锁)

insert into t2 values(null,28); -- 不阻塞

rollback;

insert into t2 values(null,20); -- 不阻塞

rollback;

【测试案例-02-记录锁】

session1

session2

begin;

begin;

-- 记录锁只锁住num=15这行记录
select * from t2 where num=15 for update;

select * from t2 where num=10 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=12 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=15 for update; -- 阻塞

select * from t2 where num=18 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=20 for update; -- 不阻塞

select * from t2 where num=22 for update; -- 不阻塞

rollback;

rollback;

3）范围值

【测试案例-01-间隙锁】

当使用普通索引进行条件范围查询时，那么间隙锁查询范围所涉及到的区间，记录锁也会升级为查询范围涉及到的区间；

session1

session2

begin;

begin;

-- 间隙锁为(10,20]区间
select * from t2 where num>11 and num <16 for update;

insert into t2 values(9,10); -- 不阻塞

insert into t2 values(11,10); -- 阻塞（参考B+Tree的构建）

insert into t2 values(11,11); -- 阻塞

insert into t2 values(12,12); -- 阻塞

insert into t2 values(15,15); -- 阻塞（被记录锁阻塞）

insert into t2 values(18,18); -- 阻塞

insert into t2 values(19,20); -- 阻塞

insert into t2 values(21,20); -- 不阻塞（参考B+Tree的构建）

rollback;

rollback;
  • 分析底层B+Tree构建情况：

【测试案例-02-记录锁】

当使用普通索引进行条件范围查询时，那么间隙锁查询范围所涉及到的区间，记录锁也会升级为查询范围涉及到的区间；

session1

session2

begin;

begin;

-- 记录锁的区间为(10,20]区间
select * from t2 where num>11 and num <16 for update;

select * from t2 where num=10 for update; -- 不阻塞（左开右闭）

select * from t2 where num=12 for update; -- 不阻塞（属于间隙）

select * from t2 where num=15 for update; -- 阻塞（触发记录锁）

select * from t2 where num=16 for update; -- 不阻塞（属于间隙）

select * from t2 where num=18 for update; -- 不阻塞（属于间隙）

select * from t2 where num=20 for update; -- 阻塞（左开右闭，触发记录锁）

select * from t2 where num=21 for update; -- 不阻塞（即是间隙，也不在区间）

rollback;

rollback;

2.4.5 临键锁总结

临键锁是InnoDB在查询数据时锁定的一个范围，这个范围包含有间隙锁和记录锁；根据查询的条件不同、列的类型不同（是否是索引等）触发的临键锁范围也不同；

  • 普通列：临键锁中的间隙锁和记录数均为表级别；
  • 普通索引列：
  • 非临界值：间隙锁为被查询的记录所在的区间，记录锁不生效
  • 临界值：间隙锁为被查询记录所在的相邻两个区间，记录数退化为行锁
  • 范围值：间隙锁和记录数均为查询条件所涉及到的区间
  • 唯一索引或主键索引列：
  • 非临界值：间隙锁为被查询的记录所在的区间，记录锁不生效
  • 临界值：间隙锁失效，记录锁退化为行锁
  • 范围值：间隙锁和记录数均为查询条件所涉及到的区间

Tips：临键锁的主要目的，也是为了避免幻读(Phantom Read)。如果把事务的隔离级别降级为RC，临键锁则也会失效。

文章标签：
云数据库 RDS MySQL 版
关系型数据库
索引
MySQL
数据库
存储
关键词：
云数据库 RDS MySQL 版锁
云数据库 RDS MySQL 版探究
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