深入理解Mysql事务隔离级别与锁机制

概述

我们的数据库一般都会并发执行多个事务，多个事务可能会并发的对相同的一批数据进行增删改查操作，可能就会导致我们说的脏写、脏读、不可重复读、幻读这些问题。

这些问题的本质都是数据库的多事务并发问题，为了解决多事务并发问题，数据库设计了事务隔离机制、锁机制、MVCC多版本并发控制隔离机制，用一整套机制来解决多事务并发问题。接下来，我们会深入讲解这些机制，让大家彻底理解数据库内部的执行原理。

事务及其ACID属性

事务是由一组SQL语句组成的逻辑处理单元,事务具有以下4个属性,通常简称为事务的ACID属性。

• 原子性(Atomicity) ：事务是一个原子操作单元,其对数据的修改,要么全都执行,要么全都不执行。
• 一致性(Consistent) ：在事务开始和完成时,数据都必须保持一致状态。这意味着所有相关的数据规则都必须应用于事务的修改,以保持数据的完整性。
• 隔离性(Isolation) ：数据库系统提供一定的隔离机制,保证事务在不受外部并发操作影响的“独立”环境执行。这意味着事务处理过程中的中间状态对外部是不可见的,反之亦然。
• 持久性(Durable) ：事务完成之后,它对于数据的修改是永久性的,即使出现系统故障也能够保持。不能说宕机了之后数据就消失了，再次启动后数据还是存在的
  

并发事务处理带来的问题

更新丢失(Lost Update)或脏写

• 当两个或多个事务选择同一行，然后基于最初选定的值更新该行时，由于每个事务都不知道其他事务的存在，就会发生丢失更新问题–最后的更新覆盖了由其他事务所做的更新。
  

脏读（Dirty Reads）

• 一个事务正在对一条记录做修改，在这个事务完成并提交前，这条记录的数据就处于不一致的状态；这时，另一个事务也来读取同一条记录，如果不加控制，第二个事务读取了这些“脏”数据，并据此作进一步的处理，就会产生未提交的数据依赖关系。这种现象被形象的叫做“脏读”。
• 一句话：事务A读取到了事务B已经修改但尚未提交的数据，还在这个数据基础上做了操作。此时，如果B事务回滚，A读取的数据无效，不符合一致性要求。

不可重读（Non-Repeatable Reads）

• 一个事务在读取某些数据后的某个时间，再次读取以前读过的数据，却发现其读出的数据已经发生了改变、或某些记录已经被删除了！这种现象就叫做“不可重复读”。
• 一句话：事务A内部的相同查询语句在不同时刻读出的结果不一致，不符合隔离性
  

幻读（Phantom Reads）

• 一个事务按相同的查询条件重新读取以前检索过的数据，却发现其他事务插入了满足其查询条件的新数据，这种现象就称为“幻读”。
• 一句话：事务A读取到了事务B提交的新增数据，不符合隔离性
  

幻读与不可重复读区别：

• 幻读读取到了新增的数据，而不可重复读读取到了更新后未提交的数据

锁详解

• 从性能上分为乐观锁(用版本对比来实现)和悲观锁
• 从对数据库操作的类型分，分为读锁和写锁(都属于悲观锁)
• 读锁（共享锁，S锁(Shared)）：针对同一份数据，多个读操作可以同时进行而不会互相影响
• 写锁（排它锁，X锁(eXclusive)）：当前写操作没有完成前，它会阻断其他写锁和读锁
• 从对数据操作的粒度分，分为表锁和行锁
  

表锁

每次操作锁住整张表。开销小，加锁快；不会出现死锁；锁定粒度大，发生锁冲突的概率最高，并发度最低；一般用在整表数据迁移的场景。

实践用建表（MyISAM）语句

--  表 test1.mylock 结构
CREATE TABLE IF NOT EXISTS `mylock` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `NAME` varchar(20) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=MyISAM AUTO_INCREMENT=5 DEFAULT CHARSET=utf8;

show open TABLES LIKE "mylock" # 查看表mylock锁状态

手动增加表读锁

LOCK TABLE mylock READ;

再次查看表mylock锁状态

in_use字段变成1说明该表已被加锁

删除表锁

unlock tables;

再次查看表mylock锁状态

in_use字段变成0说明该表锁已被释放

当前session和其他session都可以读该表

当前session中插入或者更新锁定的表都会报错，其他session插入或更新则会等待

手动增加表写锁

LOCK TABLE mylock write;

再次查看表mylock锁状态

in_use字段变成1说明该表已被加锁

当前session对该表的增删改查都没有问题，其他session对该表的所有操作被阻塞

1、对MyISAM表的读操作(加读锁) ,不会阻寒其他进程对同一表的读请求,但会阻赛对同一表的写请求。只有当读锁释放后,才会执行其它进程的写操作。

2、对MylSAM表的写操作(加写锁) ,会阻塞其他进程对同一表的读和写操作,只有当写锁释放后,才会执行其它进程的读写操作

行锁（InnoDB）

每次操作锁住一行数据。开销大，加锁慢；会出现死锁；锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低，并发度最高。

InnoDB与MYISAM的最大不同有两点：

• InnoDB支持事务（TRANSACTION）
• InnoDB支持行级锁
  

# 会话1 开启事务未提交
mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> update test_row_lock set name = "aaa" where id = 1;
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
Rows matched: 1  Changed: 1  Warnings: 0

# 会话2 直接更新该条记录
mysql> update test_row_lock set NAME = "b" where id = 1;
ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

可以发现，会话2直接被行锁锁住，无法进行操作，等待超时后抛出异常

总结：

MyISAM在执行查询语句SELECT前，会自动给涉及的所有表加读锁,在执行update、insert、delete操作会自动给涉及的表加写锁。

InnoDB在执行查询语句SELECT时(非串行隔离级别)，不会加锁。但是update、insert、delete操作会加行锁。

简而言之，就是读锁会阻塞写，但是不会阻塞读。而写锁则会把读和写都阻塞。

行锁与事务隔离级别案例分析（示例详见文档）

案例建表语句：

--  表 test1.account 结构
CREATE TABLE IF NOT EXISTS `account` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(255) DEFAULT NULL,
  `balance` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8;

INSERT INTO `account` (`id`, `name`, `balance`) VALUES
	(1, 'lilei', 450),
	(2, 'hanmei', 16000),
	(3, 'lucy', 2400);

set tx_isolation='read-uncommitted';

读已提交：

set tx_isolation='read-committed';

可重复读：

set tx_isolation='repeatable-read';

串行化

set tx_isolation='serializable';

间隙锁(Gap Lock)

间隙锁，锁的就是两个值之间的空隙。Mysql默认级别是repeatable-read。

那么间隙就有 id 为 (3,10)，(10,20)，(20,正无穷) 这三个区间，

# 会话1 更新区间(8, 18)的数据 
+----+---------+---------+
|  1 | lilei   |     450 |
|  2 | hanmei  |   16000 |
|  3 | lucy    |    2400 |
| 10 | zhuge   |    1000 |
| 20 | yangguo |    2000 |
+----+---------+---------+
5 rows in set (0.00 sec)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> update account set name='zhuge' where id > 8 and id < 18;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
Rows matched: 1  Changed: 0  Warnings: 0

# 会话2 向区间(8, 18)内插入数据 
mysql> insert into account values (12, 'zhuge', 999);
ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

临键锁(Next-key Locks)

并且除了(8,18)区间有间隙锁，由于8在区间 (3,10)内，那么在这区间内的所有记录也都会被加锁，由于18在区间(10,20)内。那么在这区间的所有记录也都会被加锁。像上面那个例子里的这个(3,20]的整个区间可以叫做临键锁。

无索引行锁会升级为表锁

锁主要是加在索引上，如果对非索引字段更新，行锁可能会变表锁

• session1 执行：update account set balance = 800 where name = 'lilei';

• session2 对该表任一行操作都会阻塞住

InnoDB的行锁是针对索引加的锁，不是针对记录加的锁。并且该索引不能失效，否则都会从行锁升级为表锁。

锁优化建议

• 尽可能让所有数据检索都通过索引来完成，避免无索引行锁升级为表锁
• 合理设计索引，尽量缩小锁的范围
• 尽可能减少检索条件范围，避免间隙锁
• 尽量控制事务大小，减少锁定资源量和时间长度，涉及事务加锁的sql尽量放在事务最后执行

• 尽可能低级别事务隔离（避免使用串行化，推荐使用可重复读）