面试进阶-数据库中的锁

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编程时会用到很多锁，在另一篇文章中有介绍。大部分锁的名字被翻译的很好，例如表锁、行锁、意向锁，见名能知其意。锁的数量很多，锁之间的关系又很复杂，导致学习曲线非常陡峭。锁的数量虽然多但追其根源世界上只有两类锁，乐观锁与悲观锁，他们为更上层的锁提供了理论基础去搭建高层建筑。

数据库是名副其实的"高层建筑"，例如MySQL数据库的底层使用了大量的锁，主要有表锁、行锁、共享锁、互斥锁、意向锁、间隙锁、记录锁、Next-Key锁、插入意向锁、AUTO-INC锁。

每种锁都有特定的使用场景，这些场景可粗暴的拆分成"隔离等级、数据库引擎、SQL语句"三大类。在不同的隔离等级，不同的数据库引擎与不同的SQL语句下锁的形式千变万化。庆幸的是很多锁已经成为历史，当下需要学习的锁并不多。MySQL在V5.5之后默认的数据库引擎是InnoDB，InnoDB最大的特点是支持事务。支持事务需要处理并发事务带来的脏读、不可重复读、幻读等问题，为解决这些问题引入了事务隔离级别，实现事务隔离级别需要使用锁。

整体的脉络如下：为了支持事务，InnoDB利用『事务隔离级别』解决了『脏读、不可重复读、幻读』等问题。事务隔离级别是理论知识，将理论应用到实践需要大量的『锁』。本文主要讲事务隔离级别的理论知识。

脏读、不可重复读、幻读

脏读、不可重复读、幻读是数据库发展这些年科学家们总结出的业务问题（业务问题是指在某些业务场景下出现的特定问题）。既然是业务问题，那么有些业务不关心就可以忽略它，有些业务无法容忍就得通过数据库提供的语法和规则来避免。下文列举了一些经典的场景：

1. 脏读 - 读到了事务中未提交的数据。例如事务A中老干妈转给腾讯500万，在更新腾讯账户余额时（假定此时事务A还未提交），事务B中腾讯正查询自己账户余额，发现老干妈给自己转账500万，然后开心的点了撤诉。此时事务A下老干妈突然意识到转错了，于是撤销了转账（事务A回退或终止)，腾讯账户扣掉500万。整个过程，腾讯读到了错误的数据，老干妈空手套了鹅，这就是脏读导致的。处理办法是读取数据时加上共享锁，其他事务无法进行更新操作，修改数据时加排他锁，其他事务无法进行读操作。下图因为脏读导致T2读到了错误的数据，并将错误的数据写入数据库。

2. 不可重复读 - 一个事务按相同的查询条件重新读取以前检索过的数据，却发现其他事务更新了满足其查询条件的数据。例如事务A中财务1读到腾讯的账户有500万，同时事务B中财务2也读到腾讯的账户有500万，之后财务1转走了400万到总账户，提示成功。财务2再读账户余额时只有100万，400万不翼而飞，这就是不可重复读问题。解决办法与脏读类似，区别是事务提交时才释放锁（解决脏读的方案是读写完之后就释放锁，这样锁的时间很短）。下图因为不可重复读导致T1二次读到的数据不一致。

3. 幻读 - 同一个事务内执行两次同样的范围查询时，第一次返回的行数与第二次不一样。例如事务A下腾讯查询到最近24小时的收款总额是500万，此时事务B下老干妈给腾讯转款100万，事务A下腾讯又查询了收款明细，却发现收款明细累加起来的总额是600万与收款总额500万对不上。虽然明细是真实的，但总额和明细对不上。通常的解决办法是给数据加间隙锁，第一次查询总额时将最近24小时的数据全部加锁，不允许在间隙范围内插入新数据。

除了脏读，不可重复读，幻读外还有更新丢失（Lost Update）、游标丢失更新（Cursor Lost Update）、 读偏序（Read Skew）和写偏序（Write Skew）等业务问题。这些问题比较少见，有兴趣的朋友请给我留言，我发些高质量的参考资料给你。

事务隔离级别

为保证事务正确可靠（正确可靠是指解决上文中的脏读,幻读等业务问题），要求数据库必须具备原子性、一致性、隔离性、持久性。隔离性是解决这些问题的关键因素，隔离等级控制着隔离性。MySQL有四级隔离等级，用户可根据自己的业务需求选择。四个隔离等级的隔离性由弱到强，性能由高到低（此结论比较主观，在实际业务中可能有偏差）。

1. 读未提交（Read Uncommitted）：可以读到其他事务未提交的数据。存在脏读、不可重复读、幻读问题，通常不会使用；

2. 读已提交（Read Committed）：读到的内容都是其他事务已经提交的。会对当前读获取的数据加记录锁，能解决脏读的问题，但存在不可重复读，幻读问题，将逐渐被弃用。

3. 可重复读（Repeatable Read）：在事务内读多次同样范围的内容结果始终如一。能解决脏读、不可重复读、部分幻读问题。会对当前读获取的数据加记录锁，同时对涉及的范围加间隙锁，防止新的数据插入导致幻读。是MySQL的默认隔离级别。

4. 可串行化（Serializable）：串行执行。能解决脏读、不可重复读、幻读问题。并发效率急剧下降，性能最低。

下面动图形象的展示了四种隔离级别下锁的表现形式。

在使用事务时，可通过如下命令来设置事务的隔离级别。

//当前会话
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

最后

面试时最常问的问题"什么场景下会出现幻读？加什么锁能解决幻读？"。回答时可以用上文总额和明细对不上的例子，最简单的解决办法是加间隙锁，不允许在间隙范围内插入新数据。

MySQL中有表锁、行锁、共享锁、互斥锁、意向锁、间隙锁、记录锁、Next-Key锁、插入意向锁、AUTO-INC锁。将这些锁的概念在一篇文章中讲清楚很困难，我计划分三篇文章来叙述。

脏读、不可重复读、幻读等问题在特定业务场景下才会出现，如果业务非常简单，大可忽略这些问题，使用性能较高的隔离级别。如果对业务并不熟悉或者没把握，最好使用MySQL的默认配置。