MVCC和间隙锁在可重复读隔离级别下防止幻读 2020面试必看

什么是MVCC?

英文全称为Multi-Version Concurrency Control,翻译为中文即 多版本并发控制。在小编看来，他无非就是乐观锁的一种实现方式。在Java编程中，如果把乐观锁看成一个接口，MVCC便是这个接口的一个实现类而已。

 

 

数据库默认隔离级别：RR（Repeatable Read，可重复读），MVCC主要适用于Mysql的RC,RR隔离级别 

 

1.MVCC其实广泛应用于数据库技术，像Oracle,PostgreSQL等也引入了该技术，即适用范围广

2.MVCC并没有简单的使用数据库的行锁，而是使用了行级锁，row_level_lock,而非InnoDB中的innodb_row_lock.

基本原理

MVCC的实现，通过保存数据在某个时间点的快照来实现的。这意味着一个事务无论运行多长时间，在同一个事务里能够看到数据一致的视图。根据事务开始的时间不同，同时也意味着在同一个时刻不同事务看到的相同表里的数据可能是不同的。

基本特征

· 每行数据都存在一个版本，每次数据更新时都更新该版本。

· 修改时Copy出当前版本随意修改，各个事务之间无干扰。

· 保存时比较版本号，如果成功（commit），则覆盖原记录；失败则放弃copy（rollback）

InnoDB存储引擎MVCC的实现策略

在每一行数据中额外保存两个隐藏的列：当前行创建时的版本号和删除时的版本号（可能为空，其实还有一列称为回滚指针，用于事务回滚，不在本文范畴）。这里的版本号并不是实际的时间值，而是系统版本号。每开始新的事务，系统版本号都会自动递增。事务开始时刻的系统版本号会作为事务的版本号，用来和查询每行记录的版本号进行比较。

每个事务又有自己的版本号，这样事务内执行CRUD操作时，就通过版本号的比较来达到数据版本控制的目的。

MVCC下InnoDB的增删查改是怎么work的

1.插入数据（insert）:记录的版本号即当前事务的版本号

执行一条数据语句：insert into testmvcc values(1,"test");

假设事务id为1，那么插入后的数据行如下：

 

 

2、在更新操作的时候，采用的是先标记旧的那行记录为已删除，并且删除版本号是事务版本号，然后插入一行新的记录的方式。

比如，针对上面那行记录，事务Id为2 要把name字段更新

update table set name= 'new_value' where id=1;

 

 

3、删除操作的时候，就把事务版本号作为删除版本号。比如

delete from table where id=1;

 

 

4、查询操作：

从上面的描述可以看到，在查询时要符合以下两个条件的记录才能被事务查询出来：

1) 删除版本号未指定或者大于当前事务版本号，即查询事务开启后确保读取的行未被删除。(即上述事务id为2的事务查询时，依然能读取到事务id为3所删除的数据行)

2) 创建版本号 小于或者等于 当前事务版本号 ，就是说记录创建是在当前事务中（等于的情况）或者在当前事务启动之前的其他事物进行的insert。

（即事务id为2的事务只能读取到create version<=2的已提交的事务的数据集）

补充：

1.MVCC手段只适用于Msyql隔离级别中的读已提交（Read committed）和可重复读（Repeatable Read）.

2.Read uncimmitted由于存在脏读，即能读到未提交事务的数据行，所以不适用MVCC.

原因是MVCC的创建版本和删除版本只要在事务提交后才会产生。

3.串行化由于是会对所涉及到的表加锁，并非行锁，自然也就不存在行的版本控制问题。

4.通过以上总结，可知，MVCC主要作用于事务性的，有行锁控制的数据库模型。

关于Mysql中MVCC的总结

客观上，我们认为他就是乐观锁的一整实现方式，就是每行都有版本号，保存时根据版本号决定是否成功。

但由于Mysql的写操作会加排他锁（前文有讲），如果锁定了还算不算是MVCC？

了解乐观锁的小伙伴们，都知道其主要依靠版本控制，即消除锁定，二者相互矛盾，so从某种意义上来说，Mysql的MVCC并非真正的MVCC，他只是借用MVCC的名号实现了读的非阻塞而已。

 

Mysql知识实在太丰富了，前几天百度的面试官问我MySql在Repeatable Read下面是否会有幻读出现，我说按照事务的特性当然会有，

但是面试官却说Mysql 在Repeatable Read底下 也不会发生幻读的情况，因为Mysql有间隙锁的可以防止幻读；

我一头雾水，啥叫间隙锁。以下就是Mysql如何利用间隙锁防止幻读的总结：

我们都知道Mysql,Oracle PostgreSQL 可以利用MVCC来处理事务，防止加锁，来提高访问效率

MVCC只是工作在两种事务级别底下：(a) Read Committed (b) Repeatable Read;

因为其他两种：

(c)READ UNCOMMITTED==》总是读取最新的数据，不符合当前事务版本的数据行，

(d)Serializable则会对所有的行加锁。

这两种都不需要MVCC； 

参考：Mysql 的InnoDB事务方面的 多版本并发控制如何实现 MVCC

这样说来Mysql 也跟其他的数据库一样，当 Repeatable Read的时候会出现幻读的情况，其实不然，Mysql还有一种机制可以保证即使在Repeatable Read级别下面也不会出现幻读；

这就是间隙锁：

间隙锁跟MVCC一起工作。实现事务处理：

 Repeatable Read隔离级别：采用Next-key Lock(间隙锁) 来解决幻读问题.因此 Mysql 在Repeatable下面 幻读，可重复读，脏读 三者都不会发生

 read committed隔离级别：采用Record锁,不会出现脏读，但是会产生"幻读"问题. 也会出现可重复读

(我查了很久，这个read committed模式下也会出现可重复读的问题参考：MySQL中Innodb的事务隔离级别和锁的关系的讲解教程)

间隙锁简介：

MySQL InnoDB支持三种行锁定方式：InnoDB的默认加锁方式是next-key 锁。

l   行锁（Record Lock）:锁直接加在索引记录上面，锁住的是key。

l   间隙锁（Gap Lock）:锁定索引记录间隙，确保索引记录的间隙不变。间隙锁是针对事务隔离级别为可重复读或以上级别而已的。

l   Next-Key Lock ：行锁和间隙锁组合起来就叫Next-Key Lock。 

默认情况下，InnoDB工作在可重复读(Repeatable Read)隔离级别下，并且会以Next-Key Lock的方式对数据行进行加锁，这样可以有效防止幻读的发生。Next-Key Lock是行锁和间隙锁的组合，当InnoDB扫描索引记录的时候，会首先对索引记录加上行锁（Record Lock），再对索引记录两边的间隙加上间隙锁（Gap Lock）。加上间隙锁之后，其他事务就不能在这个间隙修改或者插入记录。 read committed隔离级别下

Gap Lock在InnoDB的唯一作用就是防止其他事务的插入操作，以此防止幻读的发生。

  Innodb自动使用间隙锁的条件：（1）必须在Repeatable Read级别下（2）检索条件必须有索引（没有索引的话，mysql会全表扫描，那样会锁定整张表所有的记录，包括不存在的记录，此时其他事务不能修改不能删除不能添加） 

行锁（Record Lock）记录锁其实很好理解，对表中的记录加锁，叫做记录锁，简称行锁。 

生活中的间隙锁（Gap Lock）编程的思想源于生活，生活中的例子能帮助我们更好的理解一些编程中的思想。生活中排队的场景，小明，小红，小花三个人依次站成一排，此时，如何让新来的小刚不能站在小红旁边，这时候只要将小红和她前面的小明之间的空隙封锁，将小红和她后面的小花之间的空隙封锁，那么小刚就不能站到小红的旁边。这里的小红，小明，小花，小刚就是数据库的一条条记录。他们之间的空隙也就是间隙，而封锁他们之间距离的锁，叫做间隙锁。 

Mysql中的间隙锁下表中（见图一），id为主键，number字段上有非唯一索引的二级索引，有什么方式可以让该表不能再插入number=5的记录？ 

 

图一 

根据上面生活中的例子，我们自然而然可以想到，只要控制几个点，number=5之前不能插入记录，number=5现有的记录之间不能再插入新的记录，number=5之后不能插入新的记录，那么新的number=5的记录将不能被插入进来。 

那么，mysql是如何控制number=5之前，之中，之后不能有新的记录插入呢（防止幻读）？答案是用间隙锁，在RR级别下，mysql通过间隙锁可以实现锁定number=5之前的间隙，number=5记录之间的间隙，number=5之后的间隙，从而使的新的记录无法被插入进来。 

间隙是怎么划分的？ 

注：为了方面理解，我们规定（id=A,number=B）代表一条字段id=A,字段number=B的记录，（C，D）代表一个区间，代表C-D这个区间范围。

 

图一中，根据number列，我们可以分为几个区间：（无穷小，2），（2，4），（4，5），（5，5），（5,11），（11，无穷大）。只要这些区间对应的两个临界记录中间可以插入记录，就认为区间对应的记录之间有间隙。例如：区间（2，4）分别对应的临界记录是（id=1,number=2），（id=3，number=4），这两条记录中间可以插入（id=2,number=3）等记录，那么就认为（id=1,number=2）与（id=3，number=4）之间存在间隙。

 

很多人会问，那记录（id=6，number=5）与（id=8，number=5）之间有间隙吗？答案是有的，（id=6，number=5）与（id=8，number=5）之间可以插入记录（id=7，number=5），因此（id=6,number=5）与（id=8,number=5）之间有间隙的，

 

间隙锁锁定的区域根据检索条件向左寻找最靠近检索条件的记录值A，作为左区间，向右寻找最靠近检索条件的记录值B作为右区间，即锁定的间隙为（A，B）。图一中，where number=5的话，那么间隙锁的区间范围为（4,11）；

 

间隙锁的目的是为了防止幻读，其主要通过两个方面实现这个目的：（1）防止间隙内有新数据被插入（2）防止已存在的数据，更新成间隙内的数据（例如防止numer=3的记录通过update变成number=5）

间隙锁在InnoDB的唯一作用就是防止其它事务的插入操作，以此来达到防止幻读的发生，所以间隙锁不分什么共享锁与排它锁。 默认情况下，InnoDB工作在Repeatable Read隔离级别下，并且以Next-Key Lock的方式对数据行进行加锁，这样可以有效防止幻读的发生。Next-Key Lock是行锁与间隙锁的组合，当对数据进行条件，范围检索时，对其范围内也许并存在的值进行加锁！当查询的索引含有唯一属性（唯一索引，主键索引）时，Innodb存储引擎会对next-key lock进行优化，将其降为record lock,即仅锁住索引本身，而不是范围！若是普通辅助索引，则会使用传统的next-key lock进行范围锁定！

要禁止间隙锁的话，可以把隔离级别降为Read Committed，或者开启参数innodb_locks_unsafe_for_binlog。

 

对于快照读来说，幻读的解决是依赖mvcc解决。而对于当前读则依赖于gap-lock解决。

 

深层次的原理分析： 

在MVCC并发控制中，读操作可以分成两类：快照读 (snapshot read)与当前读 (current read)。

快照读，读取的是记录的可见版本(有可能是历史版本)，不用加锁。

当前读，读取的是记录的最新版本，并且，当前读返回的记录，都会加上锁，保证其他事务不会再并发修改这条记录。 

在一个支持MVCC并发控制的系统中，哪些读操作是快照读？哪些操作又是当前读呢？以MySQL InnoDB为例： 

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快照读：简单的select操作，属于快照读，不加锁。(当然，也有例外，下面会分析)

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select * from table where ?; 

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当前读：特殊的读操作，插入/更新/删除操作，属于当前读，需要加锁。

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select * from table where ? lock in share mode;

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select * from table where ? for update;

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insert into table values (…);

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update table set ? where ?;

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delete from table where ?;

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所有以上的语句，都属于当前读，读取记录的最新版本。并且，读取之后，还需要保证其他并发事务不能修改当前记录，对读取记录加锁。其中，除了第一条语句，对读取记录加S锁 (共享锁)外，其他的操作，都加的是X锁 (排它锁)。 

MySQL/InnoDB定义的4种隔离级别： 

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Read Uncommited

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可以读取未提交记录。此隔离级别，不会使用，忽略。

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Read Committed (RC)

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快照读忽略，本文不考虑。

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针对当前读，RC隔离级别保证对读取到的记录加锁 (record lock)，存在幻读现象。

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Repeatable Read (RR)

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快照读忽略，本文不考虑。

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针对当前读，RR隔离级别保证对读取到的记录加锁 (记录锁)，同时保证对读取的范围加锁，新的满足查询条件的记录不能够插入 (间隙锁)，不存在幻读现象。

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Serializable

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从MVCC并发控制退化为基于锁的并发控制。不区别快照读与当前读，所有的读操作均为当前读，读加读锁 (S锁)，写加写锁 (X锁)。

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Serializable隔离级别下，读写冲突，因此并发度急剧下降，在MySQL/InnoDB下不建议使用。

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