Mysql 隔离级别与幻读

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-08-07 06:56 145阅读 0赞

[MySQL InnoDB事务的隔离级别][MySQL InnoDB]有四级，默认是“可重复读”（REPEATABLE READ）。

*  未提交读（READUNCOMMITTED）。另一个事务修改了数据，但尚未提交，而本事务中的SELECT会读到这些未被提交的数据（脏读）。
 *  提交读（READCOMMITTED）。本事务读取到的是最新的数据（其他事务提交后的）。问题是，在同一个事务里，前后两次相同的SELECT会读到不同的结果（不重复读）。
 *  可重复读（REPEATABLEREAD）。在同一个事务里，SELECT的结果是事务开始时时间点的状态，因此，同样的SELECT操作读到的结果会是一致的。但是，会有幻读现象（稍后解释）。
 *  串行化（SERIALIZABLE）。读操作会隐式获取共享锁，可以保证不同事务间的互斥。

四个级别逐渐增强，每个级别解决一个问题。

*  脏读，最容易理解。另一个事务修改了数据，但尚未提交，而本事务中的SELECT会读到这些未被提交的数据。
 *  不重复读。解决了脏读后，会遇到，同一个事务执行过程中，另外一个事务提交了新数据，因此本事务先后两次读到的数据结果会不一致。
 *  幻读。解决了不重复读，保证了同一个事务里，查询的结果都是事务开始时的状态（一致性）。但是，如果另一个事务同时提交了新数据，本事务再更新时，就会“惊奇的”发现了这些新数据，貌似之前读到的数据是“鬼影”一样的幻觉。

借鉴并改造了一个搞笑的比喻：

*  脏读。假如，中午去食堂打饭吃，看到一个座位被同学小Q占上了，就认为这个座位被占去了，就转身去找其他的座位。不料，这个同学小Q起身走了。事实：该同学小Q只是临时坐了一小下，并未“提交”。
 *  不重复读。假如，中午去食堂打饭吃，看到一个座位是空的，便屁颠屁颠的去打饭，回来后却发现这个座位却被同学小Q占去了。
 *  幻读。假如，中午去食堂打饭吃，看到一个座位是空的，便屁颠屁颠的去打饭，回来后，发现这些座位都还是空的（重复读），窃喜。走到跟前刚准备坐下时，却惊现一个恐龙妹，严重影响食欲。仿佛之前看到的空座位是“幻影”一样。

\------

一些文章写到InnoDB的可重复读避免了“幻读”（phantom read），这个说法并不准确。

做个试验：(以下所有试验要注意存储引擎和隔离级别)

> mysql> show create table t\_bitfly\\G;  
> CREATE TABLE \`t\_bitfly\` (  
> \`id\` bigint(20) NOT NULL default '0',  
> \`value\` varchar(32) default NULL,  
> PRIMARY KEY (\`id\`)  
> ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=gbk
> 
> mysql> select @@global.tx\_isolation,@@tx\_isolation;  
> \+-----------------------+-----------------+  
> | @@global.tx\_isolation | @@tx\_isolation |  
> \+-----------------------+-----------------+  
> |REPEATABLE-READ      | REPEATABLE-READ |  
> \+-----------------------+-----------------+

试验一：

如此就出现了幻读，以为表里没有数据，其实数据已经存在了，傻乎乎的提交后，才发现数据冲突了。

试验二：

> t SessionA                 Session B  
> |  
> | STARTTRANSACTION;        START TRANSACTION;  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly;  
> | +------+-------+  
> | | id   | value |  
> | +------+-------+  
> | |    1 |a    |  
> | +------+-------+  
> |                           INSERT INTO t\_bitfly  
> |                           VALUES (2, 'b');  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly;  
> | +------+-------+  
> | | id   | value |  
> | +------+-------+  
> | |    1 |a    |  
> | +------+-------+  
> |                           COMMIT;  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly;  
> | +------+-------+  
> | | id   | value |  
> | +------+-------+  
> | |    1 |a    |  
> | +------+-------+  
> |  
> | UPDATE t\_bitfly SET value='z';  
> | Rows matched: 2  Changed: 2 Warnings: 0  
> | (怎么多出来一行)  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly;  
> | +------+-------+  
> | | id   | value |  
> | +------+-------+  
> | |    1 |z    |  
> | |    2 |z    |  
> | +------+-------+  
> |  
> v

本事务中第一次读取出一行，做了一次更新后，另一个事务里提交的数据就出现了。也可以看做是一种幻读。

\------

那么，InnoDB指出的可以避免幻读是怎么回事呢？

> [http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/innodb-record-level-locks.html][http_dev.mysql.com_doc_refman_5.0_en_innodb-record-level-locks.html]
> 
> By default, InnoDB operates in REPEATABLE READ transactionisolation level and with the innodb\_locks\_unsafe\_for\_binlog systemvariable disabled. In this case, InnoDB uses next-key locks forsearches and index scans, which prevents phantom rows (see Section13.6.8.5, “Avoiding the Phantom Problem Using Next-KeyLocking”).

准备的理解是，当隔离级别是可重复读，且禁用innodb\_locks\_unsafe\_for\_binlog的情况下，在搜索和扫描index的时候使用的next-keylocks可以避免幻读。

关键点在于，是InnoDB默认对一个普通的查询也会加next-keylocks，还是说需要应用自己来加锁呢？如果单看这一句，可能会以为InnoDB对普通的查询也加了锁，如果是，那和序列化（SERIALIZABLE）的区别又在哪里呢？

MySQL manual里还有一段：

> 13.2.8.5. Avoiding the Phantom Problem Using Next-Key Locking([http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/innodb-next-key-locking.html][http_dev.mysql.com_doc_refman_5.0_en_innodb-next-key-locking.html])
> 
> To prevent phantoms, `InnoDB` usesan algorithm called *next-keylocking* that combines index-row locking withgap locking.
> 
> You can use next-key locking to implement a uniqueness check inyour application: If you read your data in share mode and do notsee a duplicate for a row you are going to insert, then you cansafely insert your row and know that the next-key lock set on thesuccessor of your row during the read prevents anyone meanwhileinserting a duplicate for your row. Thus, the next-key lockingenables you to “lock”the nonexistence of something in your table.

我的理解是说，InnoDB提供了next-key locks，但需要应用程序自己去加锁。manual里提供一个例子：

> SELECT \* FROM child WHERE id > 100 FOR UPDATE;

这样，InnoDB会给id大于100的行（假如child表里有一行id为102），以及100-102，102+的gap都加上锁。

可以使用show innodb status来查看是否给表加上了锁。

再看一个实验，要注意，表t\_bitfly里的id为主键字段。实验三：

> t SessionA                Session B  
> |  
> | STARTTRANSACTION;       START TRANSACTION;  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly  
> | WHERE id<=1  
> | FOR UPDATE;  
> | +------+-------+  
> | | id   | value |  
> | +------+-------+  
> | |    1 |a    |  
> | +------+-------+  
> |                          INSERT INTO t\_bitfly  
> |                          VALUES (2, 'b');  
> |                          Query OK, 1 row affected  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly;  
> | +------+-------+  
> | | id   | value |  
> | +------+-------+  
> | |    1 |a    |  
> | +------+-------+  
> |                          INSERT INTO t\_bitfly  
> |                          VALUES (0, '0');  
> |                          (waiting for lock ...  
> |                          then timeout)  
> |                          ERROR 1205 (HY000):  
> |                          Lock wait timeout exceeded;  
> |                          try restarting transaction  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly;  
> | +------+-------+  
> | | id   | value |  
> | +------+-------+  
> | |    1 |a    |  
> | +------+-------+  
> |                          COMMIT;  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly;  
> | +------+-------+  
> | | id   | value |  
> | +------+-------+  
> | |    1 |a    |  
> | +------+-------+  
> v

可以看到，用id<=1加的锁，只锁住了id<=1的范围，可以成功添加id为2的记录，添加id为0的记录时就会等待锁的释放。

MySQL manual里对可重复读里的锁的详细解释：

> [http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/set-transaction.html\#isolevel\_repeatable-read][http_dev.mysql.com_doc_refman_5.0_en_set-transaction.html_isolevel_repeatable-read]
> 
> For locking reads ([`SELECT`][SELECT] with `FORUPDATE` or `LOCKIN SHARE MODE`),[`UPDATE`][UPDATE],and [`DELETE`][DELETE] statements,locking depends on whether the statement uses a unique index with aunique search condition, or a range-type search condition. For aunique index with a unique searchcondition, `InnoDB` locksonly the index record found, not the gap before it. For othersearch conditions, `InnoDB` locksthe index range scanned, using gap locks or next-key (gap plusindex-record) locks to block insertions by other sessions into thegaps covered by the range.

\------

一致性读和提交读，先看实验，实验四：

> t SessionA                     Session B  
> |  
> | STARTTRANSACTION;            START TRANSACTION;  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly;  
> | +----+-------+  
> | | id | value |  
> | +----+-------+  
> | |  1 |a    |  
> | +----+-------+  
> |                               INSERT INTO t\_bitfly  
> |                               VALUES (2, 'b');  
> |                               COMMIT;  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly;  
> | +----+-------+  
> | | id | value |  
> | +----+-------+  
> | |  1 |a    |  
> | +----+-------+  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly LOCK IN SHARE MODE;  
> | +----+-------+  
> | | id | value |  
> | +----+-------+  
> | |  1 |a    |  
> | |  2 |b    |  
> | +----+-------+  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly FOR UPDATE;  
> | +----+-------+  
> | | id | value |  
> | +----+-------+  
> | |  1 |a    |  
> | |  2 |b    |  
> | +----+-------+  
> |  
> | SELECT \* FROM t\_bitfly;  
> | +----+-------+  
> | | id | value |  
> | +----+-------+  
> | |  1 |a    |  
> | +----+-------+  
> v

如果使用普通的读，会得到一致性的结果，如果使用了加锁的读，就会读到“最新的”“提交”读的结果。

本身，可重复读和提交读是矛盾的。在同一个事务里，如果保证了可重复读，就会看不到其他事务的提交，违背了提交读；如果保证了提交读，就会导致前后两次读到的结果不一致，违背了可重复读。

可以这么讲，InnoDB提供了这样的机制，在默认的可重复读的隔离级别里，可以使用加锁读去查询最新的数据。

> [http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/innodb-consistent-read.html][http_dev.mysql.com_doc_refman_5.0_en_innodb-consistent-read.html]
> 
> If you want to see the “freshest” state of the database, you shoulduse either the READ COMMITTED isolation level or a lockingread:  
> SELECT \* FROM t\_bitfly LOCK IN SHARE MODE;

\------

结论：MySQL InnoDB的可重复读并不保证避免幻读，需要应用使用加锁读来保证。而这个加锁度使用到的机制就是next-keylocks。

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[MySQL InnoDB]: http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/set-transaction.html
[http_dev.mysql.com_doc_refman_5.0_en_innodb-record-level-locks.html]: http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/innodb-record-level-locks.html
[http_dev.mysql.com_doc_refman_5.0_en_innodb-next-key-locking.html]: http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/innodb-next-key-locking.html
[http_dev.mysql.com_doc_refman_5.0_en_set-transaction.html_isolevel_repeatable-read]: http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/set-transaction.html#isolevel_repeatable-read
[SELECT]: http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/select.html
[UPDATE]: http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/update.html
[DELETE]: http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/delete.html
[http_dev.mysql.com_doc_refman_5.0_en_innodb-consistent-read.html]: http://dev.mysql.com/doc/refman/5.0/en/innodb-consistent-read.html
[http_blog.bitfly.cn_post_mysql-innodb-phantom-read]: http://blog.bitfly.cn/post/mysql-innodb-phantom-read/