圖文例項解析，InnoDB 儲存引擎中行鎖的三種演算法

飛天小牛肉發表於2021-08-05
儲存引擎演算法

前文提到，對於 InnoDB 來說，隨時都可以加鎖（關於加鎖的 SQL 語句這裡就不說了，忘記的小夥伴可以翻一下上篇文章），但是並非隨時都可以解鎖。具體來說，InnoDB 採用的是兩階段鎖定協議（two-phase locking protocol）：即在事務執行過程中，隨時都可以執行加鎖操作，但是只有在事務執行 COMMIT 或者 ROLLBACK 的時候才會釋放鎖，並且所有的鎖是在同一時刻被釋放。

並且，行級鎖只在儲存引擎層實現，而對於 InnoDB 儲存引擎來說，行級鎖又分三種，或者說有三種行級鎖演算法：

  • Record Lock：記錄鎖
  • Gap Lock：間隙鎖
  • Next-Key Lock：臨鍵鎖

下面，我們來詳細解釋下這三種行鎖演算法。

Record Lock 記錄鎖

顧名思義，記錄鎖就是為某行記錄加鎖，事實上，它封鎖的是該行的索引記錄。如果表在建立的時候沒有設定任何一個索引，那麼這時 InnoDB 儲存引擎會使用 “隱式的主鍵” 來進行鎖定。

所謂隱式的主鍵就是指：如果在建表的時候沒有指定主鍵，InnoDB 儲存引擎會將第一列非空的列作為主鍵；如果沒有的話會自動生成一列為 6 位元組的主鍵。

那麼，既然 Record Lock 是基於索引的，那如果我們的 SQL 語句中的條件導致索引失效（比如使用 or） 或者說條件根本就不涉及索引或者主鍵，行級鎖就將退化為表鎖。

Record Lock 示例

先來舉個對索引欄位進行查詢的例子，有資料庫如下，id 是主鍵索引：

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;

初始資料是這樣的：

新建兩個事務，先執行事務 T1 的前兩行，也就是不要執行 commit：

image-20210801215210231

由於沒有執行 commit，所以這個時候事務 T1 沒有釋放鎖，並且鎖住了 id = 1 的記錄行，此時再來執行事務 2 申請 id = 2 的記錄行：

image-20210801215329321

可以看見，由於鎖住的是不同的記錄行，所以兩個記錄鎖並沒有相互排斥，來看一下現在表中的資料，由於事務 1 還沒有 commit，所以應該是隻有 id = 2 的 username 被修改了：

image-20210801215624898

nice，果然。再執行下事務 1 的 commit，id = 1 的 username 也就被修改過來啦。

行鎖退化為表鎖示例

再來看下沒有使用索引的例子：

同樣的，新建兩個事務，先執行事務 T1 的前兩行，也就是不要執行 commit。我們試圖使用 select ... for update 給 username = "user_three" 的記錄行加上記錄鎖，但是由於 username 並非主鍵也並非索引，所以實際上這裡事務 T1 鎖住的是整張表：

image-20210801220807603

由於沒有執行 commit，所以這個時候事務 T1 沒有釋放鎖，並且鎖住了整張表。此時再來執行事務 2 試圖申請 id = 5 的記錄鎖，你會發現事務 T2 會卡住，最後超時關閉事務：

image-20210801221604790

兩條不同記錄擁有相同的索引，會發生鎖衝突嗎？

這個問題的答案應該很簡單吧，上面我們強調過，行鎖鎖住的是索引，而不是一條記錄（只不過我們平常這麼說鎖住了哪條記錄，比較好理解罷了）。所以如果兩個事務分別操作的兩條不同記錄擁有相同的索引，某個事務會因為行鎖被另一個事務佔用而發生等待。

Gap Lock 間隙鎖

這裡我先簡單提一嘴，下文會詳細解釋：不同於 Record Lock 是基於唯一索引的，Gap Lock 和 Next-Key Lock 都是基於非唯一索引的。

並且，不同於 Record Lock 鎖定的是某一個索引記錄，Gap Lock 和 Next-Key Lock 鎖定的都是一段範圍內的索引記錄：

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

對於上述 SQL 語句，所有在（1，10）區間內（左開右開）的記錄行都會被 Gap Lock 鎖住，所有 id 為 2、3、4、5、6、7、8、9 的資料行的插入會被阻塞，但是 1 和 10 兩條被操作的索引記錄並不會被鎖住。

注意！這裡指的是鎖住所有的（1，10）區間內的 id，也就是說即使某個 id 目前並不在我們的表中比如 id = 6 ，如果你想插入一條 id = 6 的新紀錄，那對不起，不行。

Next-Key Lock 臨鍵鎖

Next-Key Lock 是結合了 Gap Lock 和 Record Lock 的一種鎖定演算法，其主要目的是為了解決幻讀問題。

例如一個索引有 10，11，13 和 20 這四個值，分別對這個 4 個索引進行加鎖操作，那麼這四個操作分別對應的 Next-Key Lock 鎖住的區間是：

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

細心的同學應該已經注意到了，和 Gap Lock 的不同之處就在於，Next-Key Lock 鎖定的區間是左開右閉的，也就是說它是包含當前被操作的索引記錄的。

在 InnoDB 預設的隔離級別 REPEATABLE-READ 下，行鎖預設使用的演算法就是 Next-Key Lock。但是，如果操作的索引是唯一索引或主鍵，InnoDB 會對 Next-Key Lock 進行優化，將其降級為 Record Lock，即僅鎖住索引本身，而不是範圍。

由於主鍵也是一種唯一索引，所以我們可以這麼說：Record Lock 是基於唯一索引的，而 Next-Key Lock 是基於非唯一索引的。

需要注意的，當操作的索引為非唯一索引時，InnoDB 會先用 Record Lock 鎖住對應的唯一索引，再用 Next-Key Lock 和 Gap Lock 對這個非唯一索引進行處理，而不僅僅是鎖住這個非唯一索引。具體地我們舉個例子來看下。

Next-Key Lock 示例

假設我們為上面 test 表中新增一個欄位，並設定為非唯一索引：

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;

插入一些資料：

image-20210802225225160

開啟一個事務 1 執行如下的操作語句：

select * from test where class = 3 for update;

image-20210802225348249

在這種情況下，InnoDB 事實上會加上三種行鎖（select * ... from update 加的是行級寫鎖即 X 鎖）：

1）給主鍵索引 id = 105 加上 Record Lock

2）對於非唯一索引 class = 3，其加上的是 Next-Key Lock，鎖定的範圍是 (1，3]

3）另外，特別需要注意的是，InnoDB 儲存引擎還會對非唯一索引 class 的下一個鍵值加上 Gap Lock（表中 class = 3 的下個鍵值是 6），所以還有一個 class 索引範圍為 (3，6) 的間隙鎖

總結下 2）和 3），對於這條 SQL 語句，InnoDB 儲存引擎鎖定地 class 索引範圍是 (1, 6)

下面我們用實踐來驗證理論，再開啟一個事務 2，執行下述的語句：

image-20210802225636814

不出所料，由於在事務 1 中執行的 SQL 語句已經對主鍵索引中列 a=105 的記錄加上了 X 鎖，所以此處再去獲取 這個記錄的 X 鎖會被阻塞住。

再用一個事務來執行下述 SQL 語句：

image-20210802230358942

主鍵插入 104 沒有任何問題，但是插入的 class 索引值 2 在被鎖定的範圍 (1，6) 中，因此執行同樣會被阻塞住。

經過上面的分析，大家一定能夠知道下面的 SQL 語句是可以正常執行的：

image-20210802230542969

Attention

需要注意的是，Next-Key Lock 降級為 Record Lock 僅存在於操作所有的唯一索引列的情況。若唯一索引由多個列組成，而操作的僅是多個唯一索引列中的其中一個，那麼 InnoDB 儲存引擎依然使用 Next-Key Lock 進行鎖定。

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