mysql InnoDB事务隔离级别及实现机制(MVCC、GAP锁)

关键词

事务 mvcc next-key锁 gap锁

1.什么是事务

在数据库中，一个很重的概念就是事务。简单的理解，事务就是把一系列操作打包称为一个执行单元，要么都执行成功，要么都不成功。以此来保证数据的一致性。事务具有四个特性：原子性、一致性、隔离性、持久性。
为什么要有事务隔离级别这个概念呢？我们知道数据库是一个高并发的引用程序，在涉及到写写操作、读写操作时，如果对多个访问不加以控制，就容易出现读写数据混乱问题。

2.事务隔离级别

对于多个事务并发问题，一般是用锁来实现控制事务的正确性。但是加锁就一定会导致并发能力的下降，因此如何加锁是数据库事务的关键所在。
以下的概念都是基于数据库在处理两个事务并发时的场景。

2.1 问题

首先介绍在多个事务并发的情况下，可能会存在的问题：
脏读
脏读，意思就是读取的数据可能是错误的。例如存在事务A和事务B同时操作同一条数据。（1）事务B修改了数据，但是没有提交；（2）事务A读取到了未提交数据；（3）事务B发现数据有问题，于是把数据修改回滚了。那么对于事务A来说，读到的数据就是错误的。

image.png

不可重复读
不可重复读，是指一个事务内，先读取了数据，过了一会儿又重新读取数据，发现两次读取的数据不一致了，虽然两次数据都是正确的。依然是事务A和事务B同时操作同一条数据。（1）事务A读取了数据；（2）事务B修改数据并提交；（3）事务A再次读取数据，发现数据发生了变化。对于事务A来说，虽然两次的数据都是正确的，但是两次数据却不一致。

image.png

幻读
幻读的问题是，如果事务A查询或者更新一批数据，而事务B又插入一条数据，这时候事务A再去查询，会发现多了一条之前不存在的数据，就好像产生幻觉了一样。

image.png

2.2 事务隔离级别分析

针对上述问题，事务提出了不同等级的隔离级别。每一个等级能够解决其中一部分问题。隔离级别越高，解决的问题越多，但同时并发能力越低。

级别\问题	脏读	不可重复读	幻读
读未提交（Read Uncommitted）	√	√	√
读已提交（Read Committed）	-	√	√
可重复读（Repeatable Read）	-	-	√
序列化（Serializable）	-	-	-

3. mysql InnoDB事务实现机制

在mysql InnoDB引擎中，主要是通过mvcc和next-key锁来解决不可重复读、幻读问题。

MVCC解决了快照读模式下的幻读问题。而next-key用来解决当前读模式下的幻读问题。

在解释mvcc和next-key之前，先来说明一下快照读和当前读两个概念。

快照读
在一个事务开启时，为操作的数据产生一个快照。之后无论数据如何改变，当前事务只会读取到快照时刻的数据。因此快照读方式获取的数据不一定是最新的。
当前读
当前读需要保证读取到的数据是最新的。因此一般来说需要对当前读取的数据进行加锁，保证数据不被修改。

3.1 MVCC

MVCC全称Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制。是为了实现高效读取而设计的一种方案。
在InnoDB中，mvcc实现时通过在每一行数据新增两个隐藏列，分别是数据的创建时间和删除时间。实际存储的并不是真正的时间，而是一个事务id，这个事务id会随着事务的创建严格递增。
通过mvcc，每个事务只会读取小于等于当前事务id的数据，而会忽略事务开启后新的数据变更。以此达到不用加锁，但是解决了不可重复读、幻读的问题。简单的说，MVCC机制对数据库的任何修改的提交都不会直接覆盖之前的数据，而是产生一个新的版本与老版本共存，使得读取时可以完全不加锁。

3.2 next-key锁

Record Lock：单个行记录上的锁。
Gap Lock：间隙锁，锁定一个范围，但不包括记录本身。GAP锁的目的，是为了防止同一事务的两次当前读，出现幻读的情况。
Next-Key Lock：Record Lock + Gap Lock，锁定一个范围，并且锁定记录本身。对于行的查询，都是采用该方法，主要目的是解决幻读的问题。
在当前读模式下，mysql为了解决幻读问题，会对事物所涉及的相关数据和附近的范围加锁，防止其他事务在该区间进行数据操作，以此解决幻读问题。
TODO

参考资料

https://tech.meituan.com/2014/08/20/innodb-lock.html
https://cloud.tencent.com/developer/article/1056377
https://zhuanlan.zhihu.com/p/73078137
http://www.jeepxie.net/article/112744.html