數(shù)據(jù)庫(kù)系列：MySQL慢查詢(xún)分析和性能優(yōu)化
數(shù)據(jù)庫(kù)系列：MySQL索引優(yōu)化總結(jié)（綜合版）
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數(shù)據(jù)庫(kù)系列：事務(wù)的4種隔離級(jí)別
數(shù)據(jù)庫(kù)系列：RR和RC下，快照讀的區(qū)別

1 背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，高并發(fā)業(yè)務(wù)的盛行，MySQL InnoDB引擎的細(xì)粒度行鎖，變成很核心的特性之一。
在并發(fā)高的情況下，如果使用不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的性能問(wèn)題。比如細(xì)粒度行鎖，是實(shí)現(xiàn)在索引記錄上的，但如果沒(méi)有命中索引，就回退化成表鎖，那對(duì)性能是災(zāi)難的。
下面我們從索引角度出發(fā), 介紹下MySQL InnoDB的鎖機(jī)制。

2 InnoDB的索引回顧

Innodb中有2種索引：主鍵索引（也叫聚集索引 Clustered Index）、輔助索引（也叫非聚集索引 Secondary Index）。
主鍵索引： 每個(gè)表只有一個(gè)主鍵索引，b+樹(shù)結(jié)構(gòu)，葉子節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)主鍵的值以及對(duì)應(yīng)整條記錄的數(shù)據(jù)，非葉子節(jié)點(diǎn)不存儲(chǔ)記錄的數(shù)據(jù)，只存儲(chǔ)主鍵的值。
當(dāng)表中未指定主鍵時(shí)，MySQL內(nèi)部會(huì)自動(dòng)給每條記錄添加一個(gè)隱藏的rowid字段（默認(rèn)4個(gè)字節(jié)）作為主鍵，用rowid構(gòu)建聚集索引。聚集索引在MySQL中即主鍵索引。
輔助索引： 每個(gè)表可以有多個(gè)輔助索引，b+樹(shù)結(jié)構(gòu)，非聚集索引葉子節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)字段（索引字段）的值以及對(duì)應(yīng)記錄主鍵的值，其他節(jié)點(diǎn)只存儲(chǔ)字段的值（索引字段），這就是與聚集索引不同的地方。每個(gè)表可以有多個(gè)非聚集索引。

InnoDB的每一個(gè)表都會(huì)有聚集索引：

• 假設(shè)表定義了PK，則PK就是聚集索引
• 如果未定義PK，則第一個(gè)非空unique列即是聚集索引
• 如果沒(méi)有PK也沒(méi)有非空unique列，InnoDB會(huì)創(chuàng)建一個(gè)隱含的row_id作為聚集索引使用

下圖更形象說(shuō)明這兩種索引的區(qū)別，這邊假設(shè)了一個(gè)存儲(chǔ)4行數(shù)據(jù)的表。Id為主鍵索引，Name作為輔助索引，圖中清晰的體現(xiàn)了聚簇索引和非聚簇索引的差異。
表中有四條記錄：

5, Gates, Microsoft
7, Bezos, Amazon
11, Jobs, Apple
14, Elison, Oracle

InnoDB數(shù)據(jù)檢索過(guò)程
上面的表中有2個(gè)索引：id作為主鍵索引，name作為輔助索引。
如果需要查詢(xún)id=14的數(shù)據(jù)，只需要在左邊的主鍵索引中檢索就可以了。
如果需要搜索name='Ellison'的數(shù)據(jù)，需要2步：

1. 先在輔助索引中檢索到name='Ellison'的數(shù)據(jù)，獲取id為14
2. 再到主鍵索引中檢索id為14的記錄
   輔助索引這個(gè)查詢(xún)過(guò)程在mysql中叫做回表，相對(duì)于主鍵索引多了第二步操作。

MyISAM數(shù)據(jù)檢索過(guò)程

1. 在索引中找到對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字，獲取關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的記錄的地址
2. 通過(guò)記錄的地址查找到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄

對(duì)比發(fā)現(xiàn)：Innodb中最好是采用主鍵索引查詢(xún)，這樣只需要一次索引，如果使用輔助索引檢索，涉及多一步的回表操作，比主鍵查詢(xún)要耗時(shí)一些。
所以，InnoDB的普通索引，實(shí)際上會(huì)掃描兩遍：
第1遍，由普通索引找到PK：檢索到name='Ellison'的數(shù)據(jù)，獲取id為14
第2遍，由PK找到行記錄：即到主鍵索引中檢索id為14的記錄

對(duì)索引有興趣的，可以參考作者的這幾篇文章：
MySQL全面瓦解22：索引的介紹和原理分析
MySQL全面瓦解23：MySQL索引實(shí)現(xiàn)和使用
MySQL全面瓦解24：構(gòu)建高性能索引（策略篇）

3 InnoDB 幾種常見(jiàn)鎖

★InnoDB默認(rèn)的事務(wù)隔離級(jí)別為可重復(fù)讀(Repeated Read, RR)，我們當(dāng)下的所有介紹都是基于這個(gè)隔離級(jí)別為前提的。

• 記錄鎖(Record Locks)：鎖定單一行記錄，InnoDB 使用記錄鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)行級(jí)鎖，這樣允許多個(gè)事務(wù)并發(fā)訪問(wèn)不同的行。
• 間隙鎖(Gap Locks)：InnoDB 的特性，用于鎖定一個(gè)范圍，但不包括實(shí)際的記錄。這主要用于防止幻讀（Phantom Reads）。
• 臨鍵鎖(Next-Key Locks)：InnoDB 存儲(chǔ)引擎的一種鎖定機(jī)制，在執(zhí)行查詢(xún)語(yǔ)句時(shí)，根據(jù)查詢(xún)條件所鎖定的一個(gè)范圍。這個(gè)范圍中包含有間隙鎖和記錄鎖。它的設(shè)計(jì)目的是為了解決幻讀（Phantom Reads）。

3.1 記錄鎖(Record Locks)

記錄鎖，它*索引記錄，例如：

select * from table where id=5 for update;

它會(huì)在id=1的索引記錄上加鎖，以阻止其他事務(wù)插入，更新，刪除id=1的這一行。

需要說(shuō)明的是：

select * from table where id=5;

則是快照讀(SnapShot Read)，它并不加鎖，快照讀可以參考作者這篇文章：數(shù)據(jù)庫(kù)系列：RR和RC下，快照讀的區(qū)別

3.2 間隙鎖(Gap Locks)

間隙鎖，它*索引記錄中的間隔，或者第一條索引記錄之前的范圍，又或者最后一條索引記錄之后的范圍。
延續(xù)上面的那個(gè)例子繼續(xù)演示：

# 表結(jié)構(gòu)
table (Id PK, Name , Company);

# 表中包含四條記錄
5, Gates, Microsoft
7, Bezos, Amazon
11, Jobs, Apple
14, Elison, Oracle

執(zhí)行SQL語(yǔ)句如下：

select * from table
    where id between 7 and 13 
    for update;

這樣的話，會(huì)*數(shù)據(jù)的區(qū)間，以防止其他事務(wù)插入id=8的記錄。
假設(shè)沒(méi)有間隙鎖，則可能夠插入成功，而之前的select事務(wù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)檢索的結(jié)果集莫名多了一條記錄，即幻影數(shù)據(jù)。
所以間隙鎖主要目的用于防止幻讀（Phantom Reads），避免其他事務(wù)在間隔中插入數(shù)據(jù)，導(dǎo)致 『不可重復(fù)讀』。
如果把事務(wù)的隔離級(jí)別降級(jí)為讀提交(Read Committed, RC)，對(duì)，就是互聯(lián)網(wǎng)最常用的隔離級(jí)別，間隙鎖則會(huì)自動(dòng)失效。

3.3 臨鍵鎖(Next-Key Locks)

臨鍵鎖（Next-Key Locks）是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)InnoDB中的一種重要鎖定機(jī)制。這種鎖是查詢(xún)時(shí)根據(jù)查詢(xún)條件鎖定的一個(gè)范圍，這個(gè)范圍包括間隙鎖和記錄鎖，左開(kāi)右閉，即不鎖住左邊界，但會(huì)鎖住右邊界。臨鍵鎖的主要設(shè)計(jì)目的是為了解決所謂的“幻讀”問(wèn)題。

# 左開(kāi)右閉 示例
(-infinity, 1]
(1, 7]
(7, 9]
(9, +infinity]

依然沿用上面的例子，InnoDB引擎，RR隔離級(jí)別：

-- 創(chuàng)建一個(gè)示例表  
CREATE TABLE users (  
    Id INT PRIMARY KEY,  
    Name VARCHAR(255) NOT NULL,  
    Company VARCHAR(255) NOT NULL,  
);  
  
-- 插入一些示例數(shù)據(jù)  
INSERT INTO users (id, name, company) VALUES (1, 'Alice', 'ali');
INSERT INTO users (id, name, company) VALUES (2, 'Brand', 'tencent');
INSERT INTO users (id, name, company) VALUES (3, 'Charlie', 'baidu');
  
-- 開(kāi)始一個(gè)事務(wù)，并使用臨鍵鎖查詢(xún)數(shù)據(jù)  
START TRANSACTION;  
SELECT * FROM users WHERE id > 1 FOR UPDATE;  
  
-- 在另一個(gè)事務(wù)中嘗試插入新數(shù)據(jù)，將會(huì)被阻塞直到第一個(gè)事務(wù)釋放鎖 
START TRANSACTION;  
INSERT INTO users (id, name, age) VALUES (4, 'David', 30);  
COMMIT;  
  
-- 第一個(gè)事務(wù)提交后，第二個(gè)事務(wù)可以繼續(xù)執(zhí)行插入操作  
COMMIT;

臨鍵鎖的主要目的，也是為了避免幻讀(Phantom Read)，在事務(wù)隔離級(jí)別為可重復(fù)讀的情況下，InnoDB存儲(chǔ)引擎默認(rèn)使用臨鍵鎖。這種鎖提供了一種有效的機(jī)制來(lái)保證在并發(fā)環(huán)境中數(shù)據(jù)的完整性和一致性。
如果把事務(wù)的隔離級(jí)別降級(jí)為RC，臨鍵鎖則也會(huì)失效。

4 總結(jié)

• InnoDB的索引與行記錄存儲(chǔ)在一起，MyISAM則是通過(guò)索引的地址查找到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄，效率低一些
• InnoDB的聚集索引存儲(chǔ)行記錄，普通索引存儲(chǔ)PK，所以普通索引要查詢(xún)兩次
• 記錄鎖鎖定索引關(guān)聯(lián)的具體記錄
• 間隙鎖鎖定間隔，防止間隔中被其他事務(wù)插入
• 臨鍵鎖鎖定索引記錄+間隔，防止幻讀
• elect...for update加鎖的幾種情況：
  • 主鍵字段：加行鎖。
  • 唯一索引字段：加行鎖。
  • 普通索引字段：加行鎖。
  • 主鍵范圍：加多個(gè)行鎖。
  • 普通字段：加表鎖。
  • 查詢(xún)空數(shù)據(jù)：不加鎖。
• 行鎖與表鎖的區(qū)別
  • 如果事務(wù)1加了行鎖，一直未釋放鎖，事務(wù)2操作相同記錄，會(huì)一直等待直至超時(shí)。
  • 如果事務(wù)1加了表鎖，一直未釋放鎖，事務(wù)2無(wú)論操作哪一行記錄，都會(huì)一直等待直到超時(shí)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的数据库系列：MySQL InnoDB锁机制介绍的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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