MySQL的RR和RC隔离级别下的索引和锁的测试脚本

MySQL REPEATABLE-READ/READ-COMMITTED Isolation and Locking in SQL

Posted by S.L on November 29, 2018

基本概念

当前读与快照读

在MVCC中,读操作可以分成两类:快照读 (snapshot read)与当前读 (current read)。 快照读,读取的是记录的可见版本 (有可能是历史版本),不用加锁。当前读,读取的是记录的最新版本,并且对返回的记录,都会加上锁,保证在事务结束前,这条数据都是最新版本。

  • 快照读:简单的select操作,属于快照读,不加锁(Serializable除外)。
    select * from table where ?;
    
  • 当前读:特殊的读操作,插入/更新/删除操作,属于当前读,需要加锁。 
    select * from table where ? lock in share mode;
    select * from table where ? for update;
    insert into table values ();
    update table set ? where ?;
    delete from table where ?;
    

MySQL的隔离级别与加锁机制

  • Read Uncommitted 会发生脏读,即读到其他事务未提交的数据变更(插入、删除或更新)

  • Read Committed (RC) 针对当前读,RC隔离级别保证对读取到的记录加锁 (Gap Locking),但是不提供range-locks,存在幻读现象。

  • Repeatable Read (RR) 针对当前读,RR隔离级别保证对读取到的记录加锁 (Record Locking),同时保证对读取的范围加锁,新的满足查询条件的记录不能够插入 (Gap Locking),不存在幻读现象。

注:这里做一个解释,对于数据库来说RR隔离级别是可能存在幻读的,但是在MySQL数据库的实现中,在RR隔离级别下可以使用Next-Key Locking来解决对「已经上锁」的行数据的新增和删除,进而避免出现幻读现象。

  • Serializable 所有的读操作均为退化为当前读,读写冲突,因此并发度急剧下降,不考虑。

测试脚本

-- 基本操作 --
-- 查询事务隔离级别,默认是RR
show variables like '%isolation%';

-- 设置事务隔离级别为RC
set session transaction isolation level read committed;

-- 再次查询事务隔离级别,已经改为是RC,但仅对当前session有效
show variables like '%isolation%';

-- 数据初始化 --
begin;
drop table if exists user;
CREATE TABLE `user` (
  `id` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `email` varchar(64) NOT NULL,
  `age` int(11) NOT NULL,
  `address` varchar(64) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `uniq_email` (`email`),
  KEY `idx_age` (`age`)
);

insert into user (email, age, address) values ("test1@elsef.com", 18, "address1");
insert into user (email, age, address) values ("test2@elsef.com", 20, "address2");
insert into user (email, age, address) values ("test3@elsef.com", 20, "address3");

commit;
-- 检查是否插入成功
select * from user;



-- 一、trx_id示例
begin;
-- 查询事务ID,此时结果为空
SELECT TRX_ID FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_TRX  WHERE TRX_MYSQL_THREAD_ID = CONNECTION_ID();
-- 执行SELECT
select * from user;
-- 再次查询事务ID,此时已经生成,也就是说事务ID是在SQL执行之后生成的
SELECT TRX_ID FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_TRX  WHERE TRX_MYSQL_THREAD_ID = CONNECTION_ID();
SHOW ENGINE INNODB STATUS;
update user set age = 22 where id = 3;
-- 查询事务id
SELECT TRX_ID FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_TRX  WHERE TRX_MYSQL_THREAD_ID = CONNECTION_ID();
-- INNODB 引擎状态,可以看到各个session的事务ID
SHOW ENGINE INNODB STATUS;
commit;

-- 二、可重复读、不可重复读示例

-- session1
set session transaction isolation level read committed;
begin;
-- session2
set session transaction isolation level repeatable read;
begin;
-- session1
select * from user;
-- session2
select * from user;
-- session3
begin;
insert into user (email, age, address) values ("test4@elsef.com", 30, "address4");
commit;
-- session1 这里因为是RC,使用当前读,所以可以读到trx3提交的新数据,这里如果是证明不可重复读的话应该使用update而不是insert
select * from user;
commit;
-- session2 这里因为是RR,使用MVCC,内部有read-view的可见性限制,所以不会读到比当前事务ID大的trx3提交的新数据
select * from user;
commit;
-- 总结:RC下发生了幻读,即读到了新插入的row,RR下没有(这里只讨论select的结果)

-- 三、快照读幻读示例
-- session1
set session transaction isolation level repeatable read;
begin;
-- 这里使用快照读
select * from user;
-- session2
begin;
insert into user (email, age, address) values ("test4@elsef.com", 30, "address4");
commit;
select * from user;
-- session1
select * from user; -- 这里读不到test4@的数据,因为是RR,使用MVCC,内部有read-view的可见性限制,所以不会读到比当前事务ID大的trx2提交的新数据
-- 这里会失败,因为email唯一索引冲突了,数据库中已经存在了对应的数据,只不过是由于RR导致当前事务select「读不到」而已
insert into user (email, age, address) values ("test4@elsef.com", 30, "address4");
-- 尝试更新那个「看不见的」记录,其中id=4是我们已知的,更新会成功
update user set age = 11 where id = 4; 
-- 再次查询就可以查到了,因为当前事务已经通过update操作更新了对应的数据,造成该条记录对当前事务可见
select * from user;
commit;
-- 总结:RR下可以通过更新「读不到的记录」来「读到」这些row,这种不能算幻读

-- 四、当前读幻读示例
-- RC当前读
-- session1
set session transaction isolation level read committed;
begin;
-- 这里会对所有满足条件的age=20的记录加锁,因为是RC,所以没有GAP锁
delete from user where age = 20;
select * from user;
-- session2
set session transaction isolation level read committed;
begin;
-- 因为trx1没有加GAP锁,所以之类可以插入age=20的记录
insert into user (email, age, address) values ("test4@elsef.com", 20, "address4");
select * from user; -- 可以查到4条数据,可以读到trx1的删除数据,因为是RC,trx1未提交所以没影响trx2
commit;
-- session1
select * from user; -- 可以读到trx2新插入的数据,虽然trx1是当前读,但是并未添加相应的next-key锁,没有阻止trx2的新数据插入,发生幻读
commit;
-- 总结:RC下不会对符合条件的记录的索引加GAP锁,所以可以插入新的记录,故而发生幻读。

--RR
-- session1
set session transaction isolation level repeatable read;
begin;
delete from user where age = 20;
select * from user;
-- session2
begin;
-- 这里会阻塞,因为trx1在age=20周围加了GAP锁:
-- 非唯一索引,首先,通过索引定位到第一条满足查询条件的记录,加记录上的X锁,加GAP上的GAP锁,然后加主键聚簇索引上的记录X锁;
-- 然后读取下一条,重复进行。直至进行到第一条不满足条件的记录,此时,不需要加记录X锁,但是仍旧需要加GAP锁,最后返回结束。
insert into user (email, age, address) values ("test4@elsef.com", 20, "address4");
-- 直到超时,ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
-- 此时如果查询可以看到3条记录
commit;
-- session1
-- 此时只能看到1条记录,另外两条被删除了
select * from user;
commit;
-- 总结:RR下对对非唯一索引做条件判断时,会给对应的行加Gap锁,导致其他事务落入该区间内的索引不能被操作,包括插入删除和更新

-- 唯一索引(id)+RC
-- session1
set session transaction isolation level read committed;
begin;
delete from user where email = "test3@elsef.com";
-- session2
begin;
-- 可以读到,因为trx2是RR
select * from user where email = "test3@elsef.com";
-- 尝试更新这个记录的age,会阻塞直到超时,因为email是唯一索引已经被trx1锁住了,同时也会在对应的主键索引上加锁
-- 注意这里操作的id=3就是trx1中操作的email的同一行记录
-- 使用email作为条件也是一样,它也是unique的index
update user set age = 40 where id = 3;
-- session1
commit;
-- session2
commit;
-- 总结:在RC下对唯一索引的字段在条件判断时,会对对应的主键加行锁


-- 无索引(address)+RC
-- session1
set session transaction isolation level read committed;
begin;
-- 由于address字段无索引,所以Innodb会对所有行进行加锁,由MySQL server进行判断并释放锁
delete from user where address = "address3";
-- session2
set session transaction isolation level read committed;
begin;
-- 这一行会成功,因为这一行没有加锁(先加了后释放了)
update user set age = 10 where address = "address2";
-- 这一行同样会被阻塞,原因是它已经被trx1的语句加了锁了,全部符合条件的都加锁了
update user set age = 10 where address = "address3";
-- session1
commit;
-- session2
commit;
-- 总结:在RC下对无索引的字段在条件判断时,当前读操作,会对所有符合条件的行加行锁

-- 非唯一索引(age)+RR
-- session1
set session transaction isolation level repeatable read;
begin;
-- 这里会对age=20的所有行上锁以及row外的GAP锁
delete from user where age = 20;
-- session2
set session transaction isolation level repeatable read;
begin;
-- 这里会阻塞,因为trx1中已经锁住了age=20的记录以及加上了GAP锁,所以这里18已经落入锁区间,即20左边的区域(18,20)
insert into user (email, age, address) values ("test4@elsef.com", 18, "address4");
-- 这样就会成功,因为age=17的索引并不在age=20的GAP锁范围内
insert into user (email, age, address) values ("test4@elsef.com", 17, "address4");
-- session1
commit;
-- session2
commit;
-- 总结:在RR下对于非唯一索引的字段在条件判断时,对于UPDATE/DELETE/INSERT来说,会加对应记录的Row锁和GAP锁,其他落在该区域内的索引值只能阻塞等待

-- 无索引(address)+RR
-- session1
set session transaction isolation level repeatable read;
begin;
-- 没有索引,那么会锁上表中的所有记录,同时会锁上主键索引上的所有GAP,杜绝所有的并发更新操作
delete from user where address = "address3";
-- session2
set session transaction isolation level repeatable read;
begin;
-- 这里会阻塞,原因是主键已经被加上了GAP锁,所以新的插入不能执行成功
insert into user (email, age, address) values ("test4@elsef.com", 18, "address4");
-- session1
commit;
-- session2
commit;
-- 总结:在RR下对无索引的字段在条件判断时,对于UPDATE/DELETE/INSERT来说,会锁住记录对应的主键索引并加GAP锁,这样就无法对标进行任何写操作,包括插入、更新和删除

-- 死锁 简单示例
-- session1
begin;
delete from user where id = 1;
-- session2
begin;
delete from user where id = 3;
-- session1
-- 这里会阻塞,因为id=3的主键上已经被trx1上了x锁
delete from user where id = 3;
-- seession2
-- 这里MySQL判断发生了死锁,中断了一个trx
-- ERROR 1213 (40001): Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction
delete from user where id = 1;
-- session1
rollback;
-- session2;
rollback;

-- 五、死锁 insert示例
drop table if exists t1;
begin;
create table t1 (
  `id` bigint not null auto_increment,
  primary key (`id`)
);
insert into t1 values(1);
insert into t1 values(5);
commit;
select * from t1;
-- session1
begin;
insert into t1 values (2);
-- sessioin2
begin;
-- 这里会阻塞,因为trx1已经上了gap锁
insert into t1 values (2);
-- session3
begin;
-- 这里会阻塞,因为trx1已经上了gap锁
insert into t1 values (2);
-- session1;
-- 此时回滚,trx2和trx3收到通知,MySQL自动中断一个trx,因为发生了死锁
-- ERROR 1213 (40001): Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction
rollback;
--session2;
rollback;
--session3;
rollback;

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