MySQL 透過 Next-Key Locking 技術（行鎖+間隙鎖）避免幻讀問題

lgx211發表於2024-10-16
MySql

在MySQL中，InnoDB引擎透過Next-Key Locking技術來解決幻讀問題。幻讀是一種事務併發問題，通常出現在Repeatable Read隔離級別下的範圍查詢操作中。幻讀的現象是，事務在查詢時多次執行相同的範圍查詢，但由於其他事務的插入或刪除操作導致結果不一致，出現“幻覺”一樣的記錄。

Next-Key Locking 技術結合了 行鎖（Record Lock） 和 間隙鎖（Gap Lock），透過鎖定範圍內的記錄和它們之間的間隙，防止其他事務在這些鎖定的區域內插入或刪除資料，從而避免了幻讀問題。

一、什麼是Next-Key Locking？

Next-Key Locking 是一種 鎖定區間 的機制，它由兩部分組成：

  1. 行鎖（Record Lock）：鎖定精確的一行資料，防止其他事務對該行資料的修改。
  2. 間隙鎖（Gap Lock）：鎖定一行資料之間的“間隙”，防止其他事務在該間隙中插入新資料。

Next-Key Locking 鎖住了當前查詢的行及其“前後”的間隙，這樣不僅可以防止已有記錄的修改，還能防止在查詢範圍內插入新資料，避免了幻讀問題。

二、Next-Key Locking 的原理

在Repeatable Read隔離級別下，當執行範圍查詢時，InnoDB會透過Next-Key Locking在範圍內鎖定所有滿足條件的行及其相鄰的間隙。例如，執行下面的SQL語句：

SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE;

這個查詢會鎖定users表中所有滿足age BETWEEN 20 AND 30的行，以及每一行資料之間的“間隙”。具體鎖定機制如下：

  1. 行鎖（Record Lock）：鎖定所有符合條件的行，阻止其他事務修改這些行。
  2. 間隙鎖（Gap Lock）：鎖定查詢範圍內的行之間的“間隙”，阻止其他事務在這些間隙中插入新行。

假設當前資料如下：

id | age
---------
 1 | 18
 2 | 25
 3 | 28
 4 | 35

執行 SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE; 時，Next-Key Locking 會做如下操作：

  • 鎖住 age=25 和 age=28 這兩行（Record Lock）。
  • 鎖住age > 18 到 age < 35 之間的所有間隙（Gap Lock），即阻止在 age=19 到 age=34 之間插入新行。

這保證了在當前事務提交之前，其他事務無法在查詢的範圍內插入、刪除或修改資料，從而避免了幻讀。

三、Next-Key Locking 的實現機制

  1. Record Lock（行鎖）：行鎖是一種精確的鎖，它只會鎖定某個特定的行，防止其他事務修改該行資料。行鎖可以確保事務中的讀寫操作對已經存在的資料行保持一致。
  2. Gap Lock（間隙鎖）：間隙鎖是一種範圍鎖，它鎖定資料行之間的間隙。它不會鎖定實際的資料行，而是鎖定行之間的空隙，防止其他事務在這些空隙中插入新的記錄。這種鎖用來解決幻讀問題。
  3. Next-Key Locking（行鎖 + 間隙鎖）：Next-Key Locking 結合了行鎖和間隙鎖，它不僅鎖住了精確的資料行，還鎖住了資料行之間的間隙。這樣，Next-Key Locking 能有效防止其他事務在當前查詢的範圍內插入新資料，從而避免幻讀。

四、Next-Key Locking 解決幻讀的過程

Next-Key Locking 是在Repeatable Read隔離級別中使用的，流程大致如下：

  1. 事務A執行一個範圍查詢，例如SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE;。此時，InnoDB 會使用 Next-Key Locking 鎖住範圍內的資料行和間隙，阻止其他事務在該範圍內插入新的記錄。
  2. 事務B嘗試在age=26的位置插入一條新記錄。由於事務A已經透過Next-Key Locking鎖住了age=25到age=30之間的間隙，事務B將被阻塞，直到事務A提交或回滾。
  3. 事務A提交或回滾後，事務B才能成功插入資料。如果事務A沒有鎖定這個範圍，事務B插入資料後，事務A再進行範圍查詢時，結果就會不同，導致幻讀的產生。

透過這種方式，Next-Key Locking 解決了由於併發插入導致的幻讀問題。

五、Next-Key Locking 的優勢與限制

優勢：

  • 解決幻讀問題：Next-Key Locking 能有效防止在範圍查詢時產生幻讀，保證事務的一致性。
  • 增強資料安全性：鎖住查詢範圍內的間隙，防止其他事務在未提交的情況下對資料進行插入或修改，保證事務中的資料一致性。

限制：

  • 降低併發效能：Next-Key Locking 的鎖粒度較大，可能會鎖定大量的行和間隙，導致系統的併發效能下降。
  • 間隙鎖的開銷：間隙鎖會導致無法插入資料到鎖定範圍內的空隙中，這在某些場景下可能影響資料寫入效率，尤其是在高併發寫入的場景。

六、Next-Key Locking 的實際使用場景

  1. 銀行系統中的餘額查詢：
    • 在銀行系統中，使用者查詢賬戶餘額時可能會執行範圍查詢（例如，查詢特定時間段的交易記錄）。透過Next-Key Locking，系統可以防止其他事務在這個時間段內插入新的交易記錄，確保使用者每次查詢得到的一致結果。
  2. 電商系統中的訂單查詢：
    • 在電商平臺中，使用者查詢某一時間段的訂單時，可能需要保證查詢過程中訂單資料的一致性。透過Next-Key Locking，避免其他使用者在訂單查詢期間插入新的訂單，確保訂單資料的一致性。

七、總結

Next-Key Locking 透過將行鎖和間隙鎖結合起來，解決了MySQL中Repeatable Read隔離級別下的幻讀問題。它不僅鎖住了查詢範圍內的具體資料行，還鎖住了資料行之間的空隙，防止了新資料的插入。雖然這種鎖機制能有效解決併發環境下的資料一致性問題，但也會帶來併發效能的下降，需要在實際業務場景中權衡使用。
看了那麼久別人寫的內容，自己整理，總結歸納一下。言簡意賅

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