1. CREATE TABLE `t` (
  2.   `id` int(11) NOT NULL,
  3.   `c` int(11) DEFAULT NULL,
  4.   `d` int(11) DEFAULT NULL,
  5.   PRIMARY KEY (`id`),
  6.   KEY `c` (`c`)
  7. ) ENGINE=InnoDB;
  9. insert into t values(0,0,0),(5,5,5),
  10. (10,10,10),(15,15,15),(20,20,20),(25,25,25);

这个表除了主键id外，还有一个索引c，初始化语句在表中插入了6行数据。

下面的语句序列，是怎么加锁的，加的锁又是什么时候释放的呢？

  1. begin;
  2. select * from t where d=5 for update;
  3. commit;

比较好理解的是，这个语句会命中d=5的这一行，对应的主键id=5，因此在select 语句执行完成后，id=5这一行会加一个写锁，而且由于两阶段锁协议，这个写锁会在执行commit语句的时候释放。

由于字段d上没有索引，因此这条查询语句会做全表扫描。那么，其他被扫描到的，但是不满足条件的5行记录上，会不会被加锁呢？

InnoDB的默认事务隔离级别是可重复读，所以本文接下来没有特殊说明的部分，都是设定在可重复读隔离级别下。

幻读是什么

如果只在id=5这一行加锁，而其他行的不加锁的话，会怎么样。（实际上MySQL不是这样的！）

实战：什么是幻读 - 图1
select * from t where d=5 for update：查所有d=5的行，而且使用的是当前读，并且加上写锁。

  1. Q1只返回id=5这一行；
  2. 在T2时刻，session B把id=0这一行的d值改成了5，因此T3时刻Q2查出来的是id=0和id=5这两行；
  3. 在T4时刻，session C又插入一行（1,1,5），因此T5时刻Q3查出来的是id=0、id=1和id=5的这三行。


产生幻读

Q3读到id=1这一行的现象，被称为“幻读”。
幻读指的是一个事务在前后两次查询同一个范围的时候，后一次查询看到了前一次查询没有看到的行。

  1. 在可重复读隔离级别下，普通的查询是快照读，是不会看到别的事务插入的数据的。因此，幻读在“当前读”下才会出现。
  2. 上面session B的修改结果，被session A之后的select语句用“当前读”看到，不能称为幻读。幻读仅专指“新插入的行”。

image.png

问题

语义上

session A在T1时刻就声明了，“我要把所有d=5的行锁住，不准别的事务进行读写操作”。而实际上，这个语义被破坏了。

实战：什么是幻读 - 图3
session B的第二条语句update t set c=5 where id=0，语义是“我把id=0、d=5这一行的c值，改成了5”。
由于在T1时刻，session A 还只是给id=5这一行加了行锁， 并没有给id=0这行加上锁。因此，session B在T2时刻，是可以执行这两条update语句的。这样，就破坏了 session A 里Q1语句要锁住所有d=5的行的加锁声明。
session C也是一样的道理，对id=1这一行的修改，也是破坏了Q1的加锁声明。

数据一致性上

锁的设计是为了保证数据的一致性。
而这个一致性，不止是数据库内部数据状态在此刻的一致性，还包含了数据和日志在逻辑上的一致性。

为了说明这个问题，我给session A在T1时刻再加一个更新语句，即：update t set d=100 where d=5。
实战：什么是幻读 - 图4
update的加锁语义和select …for update 是一致的，所以这时候加上这条update语句也很合理。

session A声明说“要给d=5的语句加上锁”，就是为了要更新数据，新加的这条update语句就是把它认为加上了锁的这一行的d值修改成了100。

现在，我们来分析一下图3执行完成后，数据库里会是什么结果。

  1. 经过T1时刻，id=5这一行变成 (5,5,100)，当然这个结果最终是在T6时刻正式提交的;
  2. 经过T2时刻，id=0这一行变成(0,5,5);
  3. 经过T4时刻，表里面多了一行(1,5,5);
  4. 其他行跟这个执行序列无关，保持不变。

这样看，这些数据也没啥问题，但是我们再来看看这时候binlog里面的内容。

  1. T2时刻，session B事务提交，写入了两条语句；
  2. T4时刻，session C事务提交，写入了两条语句；
  3. T6时刻，session A事务提交，写入了update t set d=100 where d=5 这条语句。

我统一放到一起的话，就是这样的：

  1. update t set d=5 where id=0; /*(0,0,5)*/
  2. update t set c=5 where id=0; /*(0,5,5)*/
  3. insert into t values(1,1,5); /*(1,1,5)*/
  4. update t set c=5 where id=1; /*(1,5,5)*/
  5. update t set d=100 where d=5;/*所有d=5的行，d改成100*/

这个语句序列，不论是拿到备库去执行，还是以后用binlog来克隆一个库，这三行的结果，都变成了 (0,5,100)、(1,5,100)和(5,5,100)。
也就是说，id=0和id=1这两行，发生了数据不一致。这个问题很严重，是不行的。

这个数据不一致到底是怎么引入的？
这是我们假设“select from t where d=5 for update这条语句只给d=5这一行，也就是id=5的这一行加锁”导致的。
所以我们认为，上面的设定不合理，要改。
*那怎么改呢？我们把扫描过程中碰到的行，也都加上写锁，再来看看执行效果。
实战：什么是幻读 - 图5
由于session A把所有的行都加了写锁，所以session B在执行第一个update语句的时候就被锁住了。需要等到T6时刻session A提交以后，session B才能继续执行。
这样对于id=0这一行，在数据库里的最终结果还是 (0,5,5)。在binlog里面，执行序列是这样的：

  1. insert into t values(1,1,5); /*(1,1,5)*/
  2. update t set c=5 where id=1; /*(1,5,5)*/
  3. update t set d=100 where d=5;/*所有d=5的行，d改成100*/
  4. update t set d=5 where id=0; /*(0,0,5)*/
  5. update t set c=5 where id=0; /*(0,5,5)*/

按照日志顺序执行，id=0这一行的最终结果也是(0,5,5)。所以，id=0这一行的问题解决了。
id=1这一行，在数据库里面的结果是(1,5,5)，而根据binlog的执行结果是(1,5,100)，也就是说幻读的问题还是没有解决。

  • 为什么我们已经这么“凶残”地，把所有的记录都上了锁，还是阻止不了id=1这一行的插入和更新呢？
  1. 原因很简单。在T3时刻，我们给所有行加锁的时候，id=1这一行还不存在，不存在也就加不上锁。
  2. 也就是说，即使把所有的记录都加上锁，还是阻止不了新插入的记录，这也是为什么“幻读”会被单独拿出来解决的原因。


如何解决幻读

产生幻读的原因是，行锁只能锁住行，但是新插入记录这个动作，要更新的是记录之间的“间隙”。

因此，为了解决幻读问题，InnoDB只好引入新的锁，也就是间隙锁(Gap Lock)。

间隙锁

  1. 间隙锁，锁的就是两个值之间的空隙。
  2. 间隙锁是在可重复读隔离级别下才会生效的。

比如表t，初始化插入了6个记录，这就产生了7个间隙。
实战：什么是幻读 - 图6
当你执行 select * from t where d=5 for update的时候，就不止是给数据库中已有的6个记录加上了行锁，还同时加了7个间隙锁。这样就确保了无法再插入新的记录。

在一行行扫描的过程中，不仅将给行加上了行锁，还给行两边的空隙，也加上了间隙锁。

数据行是可以加上锁的实体，数据行之间的间隙，也是可以加上锁的实体。但是间隙锁跟我们之前碰到过的锁都不太一样。

比如行锁，分成读锁和写锁。下图就是这两种类型行锁的冲突关系。
实战：什么是幻读 - 图7

也就是说，跟行锁有冲突关系的是“另外一个行锁”。

但是间隙锁不一样，

  1. 跟间隙锁存在冲突关系的，是“往这个间隙中插入一个记录”这个操作。
  2. 间隙锁之间都不存在冲突关系。


实战：什么是幻读 - 图8
这里session B并不会被堵住。因为表t里并没有c=7这个记录，因此session A加的是间隙锁(5,10)。而session B也是在这个间隙加的间隙锁。它们有共同的目标，即：保护这个间隙，不允许插入值。但，它们之间是不冲突的。

next-key lock

间隙锁和行锁合称next-key lock，每个next-key lock是前开后闭区间。
我们的表t初始化以后，如果用select * from t for update要把整个表所有记录锁起来，就形成了7个next-key lock，分别是 (-∞,0]、(0,5]、(5,10]、(10,15]、(15,20]、(20, 25]、(25, +suprenum]。

间隙锁和next-key lock的引入，帮我们解决了幻读的问题，但同时也带来了一些“困扰”。

缺点

实战：什么是幻读 - 图9

  1. session A 执行select … for update语句，由于id=9这一行并不存在，因此会加上间隙锁(5,10);
  2. session B 执行select … for update语句，同样会加上间隙锁(5,10)，间隙锁之间不会冲突，因此这个语句可以执行成功；
  3. session B 试图插入一行(9,9,9)，被session A的间隙锁挡住了，只好进入等待；
  4. session A试图插入一行(9,9,9)，被session B的间隙锁挡住了。

间隙锁的引入，可能会导致同样的语句锁住更大的范围，这其实是影响了并发度的。