MySQL 通过 Next-Key Locking 技术（行锁 + 间隙锁）避免幻读问题

在 MySQL 中，InnoDB 引擎通过 Next-Key Locking 技术来解决幻读问题。幻读是一种事务并发问题，通常出现在Repeatable Read隔离级别下的范围查询操作中。幻读的现象是，事务在查询时多次执行相同的范围查询，但由于其他事务的插入或删除操作导致结果不一致，出现“幻觉”一样的记录。

Next-Key Locking 技术结合了 行锁（Record Lock） 和 间隙锁（Gap Lock），通过锁定范围内的记录和它们之间的间隙，防止其他事务在这些锁定的区域内插入或删除数据，从而避免了幻读问题。

一、什么是 Next-Key Locking？

Next-Key Locking 是一种 锁定区间 的机制，它由两部分组成：

1. 行锁（Record Lock）：锁定精确的一行数据，防止其他事务对该行数据的修改。

2. 间隙锁（Gap Lock）：锁定一行数据之间的“间隙”，防止其他事务在该间隙中插入新数据。

Next-Key Locking 锁住了当前查询的行及其“前后”的间隙，这样不仅可以防止已有记录的修改，还能防止在查询范围内插入新数据，避免了幻读问题。

二、Next-Key Locking 的原理

在Repeatable Read隔离级别下，当执行范围查询时，InnoDB 会通过 Next-Key Locking 在范围内锁定所有满足条件的行及其相邻的间隙。例如，执行下面的 SQL 语句：

SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE;

这个查询会锁定users表中所有满足age BETWEEN 20 AND 30的行，以及每一行数据之间的“间隙”。具体锁定机制如下：

1. 行锁（Record Lock）：锁定所有符合条件的行，阻止其他事务修改这些行。

2. 间隙锁（Gap Lock）：锁定查询范围内的行之间的“间隙”，阻止其他事务在这些间隙中插入新行。

假设当前数据如下：

id | age--------- 1 | 18 2 | 25 3 | 28 4 | 35

执行 SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE; 时，Next-Key Locking 会做如下操作：

• 锁住 age=25 和 age=28 这两行（Record Lock）。

• 锁住age > 18 到 age < 35 之间的所有间隙（Gap Lock），即阻止在 age=19 到 age=34 之间插入新行。

这保证了在当前事务提交之前，其他事务无法在查询的范围内插入、删除或修改数据，从而避免了幻读。

三、Next-Key Locking 的实现机制

1. Record Lock（行锁）：行锁是一种精确的锁，它只会锁定某个特定的行，防止其他事务修改该行数据。行锁可以确保事务中的读写操作对已经存在的数据行保持一致。

2. Gap Lock（间隙锁）：间隙锁是一种范围锁，它锁定数据行之间的间隙。它不会锁定实际的数据行，而是锁定行之间的空隙，防止其他事务在这些空隙中插入新的记录。这种锁用来解决幻读问题。

3. Next-Key Locking（行锁 + 间隙锁）：Next-Key Locking 结合了行锁和间隙锁，它不仅锁住了精确的数据行，还锁住了数据行之间的间隙。这样，Next-Key Locking 能有效防止其他事务在当前查询的范围内插入新数据，从而避免幻读。

四、Next-Key Locking 解决幻读的过程

Next-Key Locking 是在Repeatable Read隔离级别中使用的，流程大致如下：

1. 事务 A 执行一个范围查询，例如SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE;。此时，InnoDB 会使用 Next-Key Locking 锁住范围内的数据行和间隙，阻止其他事务在该范围内插入新的记录。

2. 事务 B 尝试在age=26的位置插入一条新记录。由于事务 A 已经通过 Next-Key Locking 锁住了age=25到age=30之间的间隙，事务 B 将被阻塞，直到事务 A 提交或回滚。

3. 事务 A 提交或回滚后，事务 B 才能成功插入数据。如果事务 A 没有锁定这个范围，事务 B 插入数据后，事务 A 再进行范围查询时，结果就会不同，导致幻读的产生。

通过这种方式，Next-Key Locking 解决了由于并发插入导致的幻读问题。

五、Next-Key Locking 的优势与限制

优势：

• 解决幻读问题：Next-Key Locking 能有效防止在范围查询时产生幻读，保证事务的一致性。

• 增强数据安全性：锁住查询范围内的间隙，防止其他事务在未提交的情况下对数据进行插入或修改，保证事务中的数据一致性。

限制：

• 降低并发性能：Next-Key Locking 的锁粒度较大，可能会锁定大量的行和间隙，导致系统的并发性能下降。

• 间隙锁的开销：间隙锁会导致无法插入数据到锁定范围内的空隙中，这在某些场景下可能影响数据写入效率，尤其是在高并发写入的场景。

六、Next-Key Locking 的实际使用场景

1. 银行系统中的余额查询：在银行系统中，用户查询账户余额时可能会执行范围查询（例如，查询特定时间段的交易记录）。通过 Next-Key Locking，系统可以防止其他事务在这个时间段内插入新的交易记录，确保用户每次查询得到的一致结果。

2. 电商系统中的订单查询：在电商平台中，用户查询某一时间段的订单时，可能需要保证查询过程中订单数据的一致性。通过 Next-Key Locking，避免其他用户在订单查询期间插入新的订单，确保订单数据的一致性。

七、总结

Next-Key Locking 通过将行锁和间隙锁结合起来，解决了 MySQL 中Repeatable Read隔离级别下的幻读问题。它不仅锁住了查询范围内的具体数据行，还锁住了数据行之间的空隙，防止了新数据的插入。虽然这种锁机制能有效解决并发环境下的数据一致性问题，但也会带来并发性能的下降，需要在实际业务场景中权衡使用。

文章转载自：lgx211

原文链接：https://www.cnblogs.com/lgx211/p/18471125

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