深入探究MySQL临键锁
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。
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