MySQL next-key lock 加鎖範圍是什麼？

程式設計師小航發表於2021-06-06
MySql

前言

某天，突然被問到 MySQL 的 next-key lock，我瞬間的反應就是：

這都是啥啥啥？？？

這一個截圖我啥也看不出來呀？

仔細一看，好像似曾相識，這不是《MySQL 45 講》裡面的內容麼？

什麼是 next-key lock

A next-key lock is a combination of a record lock on the index record and a gap lock on the gap before the index record.

官網的解釋大概意思就是：next-key 鎖是索引記錄上的記錄鎖和索引記錄之前的間隙上的間隙鎖的組合。

先給自己來一串小問號？？？

  1. 在主鍵、唯一索引、普通索引以及普通欄位上加鎖，是鎖住了哪些索引？
  2. 不同的查詢條件，分別鎖住了哪些範圍的資料？
  3. for share 和 for update 等值查詢和範圍查詢的鎖範圍？
  4. 當查詢的等值不存在時，鎖範圍是什麼？
  5. 當查詢條件分別是主鍵、唯一索引、普通索引時有什麼區別？

既然啥都不懂，那隻好從頭開始操作實踐一把了！

先看看看 《MySQL 45 講》中丁奇老師的結論：

看了這結論，應該可以解答一大部分問題，不過有一句非常非常重點的話需要關注：MySQL 後面的版本可能會改變加鎖策略，所以這個規則只限於截止到現在的最新版本，即 5.x 系列<=5.7.24，8.0 系列 <=8.0.13

所以，以上的規則，對現在的版本並不一定適用，下面我以 MySQL 8.0.25 版本為例，進行多角度驗證 next-key lock 加鎖範圍。

環境準備

MySQL 版本：8.0.25

隔離級別：可重複讀（RR）

儲存引擎：InnoDB

mysql> select @@global.transaction_isolation,@@transaction_isolation\G
mysql> show create table t\G

如何使用 Docker 安裝 MySQL，可以參考另一篇文章《使用 Docker 安裝並連線 MySQL》

主鍵索引

首先來驗證主鍵索引的 next-key lock 的範圍

此時資料庫的資料如圖所示，對主鍵索引來說此時資料間隙如下：

主鍵等值查詢 —— 資料存在

mysql> begin; select * from t where id = 10 for update;

這條 SQL，對 id = 10 進行加鎖，可以先思考一下加了什麼鎖？鎖住了什麼資料？

可以通過 data_locks 檢視鎖資訊，SQL 如下：

# mysql> select * from performance_schema.data_locks;
mysql> select * from performance_schema.data_locks\G

具體欄位含義可以參考 官方文件

結果主要包含引擎、庫、表等資訊，我們們需要重點關注以下幾個欄位：

  • INDEX_NAME：鎖定索引的名稱
  • LOCK_TYPE：鎖的型別，對於 InnoDB，允許的值為 RECORD 行級鎖 和 TABLE 表級鎖。
  • LOCK_MODE：鎖的型別：S, X, IS, IX, and gap locks
  • LOCK_DATA：鎖關聯的資料，對於 InnoDB，當 LOCK_TYPE 是 RECORD（行鎖），則顯示值。當鎖在主鍵索引上時，則值是鎖定記錄的主鍵值。當鎖是在輔助索引上時，則顯示輔助索引的值，並附加上主鍵值。

結果很明顯，這裡是對錶新增了一個 IX 鎖 並對主鍵索引 id = 10 的記錄，新增了一個 X,REC_NOT_GAP 鎖，表示只鎖定了記錄。

同樣 for share 是對錶新增了一個 IS 鎖並對主鍵索引 id = 10 的記錄，新增了一個 S 鎖。

可以得出結論：

對主鍵等值加鎖，且值存在時，會對錶新增意向鎖，同時會對主鍵索引新增行鎖。

主鍵等值查詢 —— 資料不存在

mysql> select * from t where id = 11 for update;

如果是資料不存在的時候，會加什麼鎖呢？鎖的範圍又是什麼？

在驗證之前，分析一下資料的間隙。

  1. id = 11 是肯定不存在的。但是加了 for update，這時需要加 next-key lock，id = 11 所屬區間為 (10,15] 的前開後閉區間；
  2. 因為是等值查詢，不需要鎖 id = 15 那條記錄，next-key lock 會退化為間隙鎖；
  3. 最終區間為 (10,15) 的前開後開區間。

使用 data_locks 分析一下鎖資訊：

看下鎖的資訊 X,GAP 表示加了間隙鎖，其中 LOCK_DATA = 15，表示鎖的是 主鍵索引 id = 15 之前的間隙。

此時在另一個 Session 執行 SQL，答案顯而易見，是 id = 12 不可以插入，而 id = 15 是可以更新的。

可以得出結論，在資料不存在時，主鍵等值查詢，會鎖住該主鍵查詢條件所在的間隙。

主鍵範圍查詢（重點）

mysql> begin; select * from t where id >= 10 and id < 11 for update;

根據 《MySQL 45 講》分析得出下面結果：

  1. id >= 10 定位到 10 所在的區間 (10,+∞)；
  2. 因為是 >= 存在等值判斷，所以需要包含 10 這個值，變為 [10,+∞) 前閉後閉區間；
  3. id < 11 限定後續範圍，則根據 11 判斷下一個區間為 15 的前開後閉區間；
  4. 結合起來則是 [10,15]。（不完全正確）

先看下 data_locks

可以看到除了表鎖之外，還有 id = 10 的行鎖（X,REC_NOT_GAP）以及主鍵索引 id = 15 之前的間隙鎖（X,GAP）。

所以實際上 id = 15 是可以進行更新的。也就是說前開後閉區間出現了問題，個人認為應該是 id < 11 這個條件判斷，導致不需要進行了鎖 15 這個行鎖。

結果驗證也是正確的，id = 12 插入阻塞，id = 15 更新成功。

當範圍的右側是包含等值查詢呢？

mysql> begin; select * from t where id > 10 and id <= 15 for update;

來分析一下這個 SQL：

  1. id > 10 定位到 10 所在的區間 (10,+∞)；
  2. id <= 15 定位是 (-∞, 15]；
  3. 結合起來則是 (10,15]。

同樣先看一下 data_locks

可以看出只新增了一個主鍵索引 id = 15 的 X 鎖。

驗證下 id = 15 是否可以更新？再驗證 id = 16 是否可以插入？

事實證明是沒有問題的！

當然，這裡有小夥伴會說，在 《MySQL 45 講》 裡面說這裡有一個 bug，會鎖住下一個 next-key。

《MySQL 45 講》 第 21 講

事實證明，這個 bug 已經被修復了。修復版本為 MySQL 8.0.18。但是並沒有完全修復！！！

參考連結地址：

https://dev.mysql.com/doc/relnotes/mysql/8.0/en/news-8-0-18.html#mysqld-8-0-18-bug

搜尋關鍵字：Bug #29508068)

我們們可以分別用 8.0.17 進行復現一下：

MySQL 8.0.17

在 8.0.17 中 id <= 15 會將 id = 20 這條資料也鎖著，而在 8.0.25 版本中則不會。所以這個 bug 是被修復了的。

再來看下是前開後閉還是前開後開的問題，嚴謹一下，使用 8.0.17 和 8.0.18 做比較。

MySQL 8.0.17

MySQL 8.0.18

現在我估計大概率是在 8.0.18 版本修復 Bug #29508068 的時候，把這個前開後閉給優化成了前開後開了。

對比 data_locks 資料：

注意紅色下劃線部分，在 8.0.17 版本中 id < 17 時 LOCK_MODE 是 X，而在 8.0.25 版本中則是 X,GAP。

總結

本文主要通過實際操作，對主鍵加鎖時的 next-key lock 範圍進行了驗證，並查閱資料，對比版本得出不同的結論。

結論一：

  1. 加鎖時，會先給表新增意向鎖，IX 或 IS；
  2. 加鎖是如果是多個範圍，是分開加了多個鎖，每個範圍都有鎖；（這個可以實踐下 id < 20 的情況）
  3. 主鍵等值查詢，資料存在時，會對該主鍵索引的值加行鎖 X,REC_NOT_GAP；
  4. 主鍵等值查詢，資料不存在時，會對查詢條件主鍵值所在的間隙新增間隙鎖 X,GAP；
  5. 主鍵等值查詢，範圍查詢時情況則比較複雜：
    1. 8.0.17 版本是前開後閉，而 8.0.18 版本及以後，進行了優化，主鍵時判斷不等，不會鎖住後閉的區間。
    2. 臨界 <= 查詢時，8.0.17 會鎖住下一個 next-key 的前開後閉區間，而 8.0.18 及以後版本，修復了這個 bug。

優化後，導致後開，這個不知道是因為優化後，主鍵的區間會直接後開，還是因為是個 bug。具體小夥伴可以嘗試一下。

結論二

通過使用 select * from performance_schema.data_locks; 和操作實踐，可以看出 LOCK_MODE 和 LOCK_DATE 的關係：

LOCK_MODE LOCK_DATA 鎖範圍
X,REC_NOT_GAP 15 15 那條資料的行鎖
X,GAP 15 15 那條資料之前的間隙，不包含 15
X 15 15 那條資料的間隙，包含 15
  1. LOCK_MODE = X 是前開後閉區間；
  2. X,GAP 是前開後開區間（間隙鎖）；
  3. X,REC_NOT_GAP 行鎖。

基本已經摸清主鍵的 next-key lock 範圍，注意版本使用的是 8.0.25。

疑問

  1. 那唯一索引的 next-key lock 範圍是什麼?
  2. 當索引覆蓋時鎖的範圍和加鎖的索引分別是什麼？
  3. 我為什麼說這個 bug 沒有完全修復，也是在非主鍵唯一索引中復現了這個 bug​。

文章篇幅有限，小夥伴可以先自己思考一下，儘量自己操作試一試，實踐出真知。至於具體答案，那就需要下一篇文章進行驗證並總結結論了。

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