间隙锁与临键锁解决幻读

1. 幻读问题

1.1 什么是幻读

同一事务内，两次相同的范围查询返回了不同的行集：

-- RR 隔离级别
BEGIN;
-- 第一次查询：2行
SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30;
-- id=2, age=25 | id=5, age=28

-- 其他事务插入了一行
-- INSERT INTO users VALUES (8, 'new', 26);

-- 第二次查询：3行 ← 幻读！
SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30;
-- id=2, age=25 | id=5, age=28 | id=8, age=26

1.2 快照读不会幻读

RR 隔离级别下，快照读通过 MVCC 的 ReadView 机制，始终读取事务开始时的数据快照，不会出现幻读。

1.3 当前读的幻读

当前读读取最新数据，不加间隙锁时会出现幻读：

BEGIN;
-- 当前读
SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE;
-- 锁定 id=2 和 id=5 两行

-- 其他事务可以插入 age=26 的新行（行间间隙未被锁定）
INSERT INTO users VALUES (8, 'new', 26);  -- 成功！

-- 再次当前读
SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE;
-- 多了一行！幻读！

2. 间隙锁（Gap Lock）

2.1 间隙锁概念

间隙锁锁定索引记录之间的间隙，阻止其他事务在间隙中插入新记录。

索引 age: ... | 20 | 25 | 28 | 30 | ...

间隙: (-∞, 20), (20, 25), (25, 28), (28, 30), (30, +∞)

Gap Lock 锁定 (20, 25) → 阻止插入 age=21,22,23,24

2.2 间隙锁的特性

• 纯抑制锁：间隙锁之间不互斥，只阻止插入
• 不锁定记录本身：只锁定记录间的间隙
• 仅在 RR 隔离级别生效：RC 隔离级别下间隙锁失效
• 自动释放：事务提交或回滚后释放

-- 两个事务可以同时持有同一间隙的 Gap Lock
-- 事务A: SELECT * FROM users WHERE age = 26 FOR UPDATE;  -- Gap Lock (25, 28)
-- 事务B: SELECT * FROM users WHERE age = 27 FOR UPDATE;  -- Gap Lock (25, 28) — 不冲突！
-- 但事务A或B都无法在 (25, 28) 间隙中插入数据

3. 临键锁（Next-Key Lock）

3.1 临键锁概念

临键锁 = 行锁（Record Lock） + 间隙锁（Gap Lock），锁定一条记录及其前面的间隙。

Next-Key Lock = Gap Lock (前间隙) + Record Lock (记录)

索引 age: ... | 20 | 25 | 28 | 30 | ...

Next-Key Lock 锁定 (20, 25]：
  - Gap Lock: (20, 25) — 阻止插入 age=21,22,23,24
  - Record Lock: 25 — 阻止修改/删除 age=25 的行

3.2 临键锁的加锁规则

InnoDB 的加锁规则（基于 MySQL 8.0）：

规则1：加锁的基本单位是 Next-Key Lock

规则2：查找过程中访问到的对象才会加锁

规则3：等值查询，唯一索引，Next-Key Lock 退化为行锁

规则4：等值查询，向右遍历到最后一个不满足条件的值时，Next-Key Lock 退化为 Gap Lock

规则5：范围查询，会对扫描到的范围加 Next-Key Lock

3.3 加锁示例

-- 表结构
CREATE TABLE t (id INT PRIMARY KEY, c INT, KEY(c));
INSERT INTO t VALUES (5,5), (10,10), (15,15), (20,20);

-- 示例1：等值查询唯一索引
SELECT * FROM t WHERE id = 10 FOR UPDATE;
-- 加锁: 行锁 id=10（规则3：唯一索引退化为行锁）

-- 示例2：等值查询普通索引
SELECT * FROM t WHERE c = 10 FOR UPDATE;
-- 加锁: Next-Key Lock (5, 10] + Gap Lock (10, 15)
-- (5,10]: c=10 的 Next-Key Lock
-- (10,15): 规则4，向右遍历到15不满足，退化为 Gap Lock

-- 示例3：范围查询
SELECT * FROM t WHERE c >= 10 AND c < 15 FOR UPDATE;
-- 加锁: Next-Key Lock (5, 10] + Next-Key Lock (10, 15]
-- 扫描到 c=10 和 c=15

-- 示例4：无匹配的等值查询
SELECT * FROM t WHERE c = 12 FOR UPDATE;
-- 加锁: Gap Lock (10, 15)
-- 规则4：c=12不存在，向右遍历到15，退化为 Gap Lock

4. 幻读解决方案

4.1 当前读 + 临键锁

BEGIN;
-- 当前读加临键锁
SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE;

-- 加锁范围:
-- 假设索引 age 有值: 20, 25, 28, 30
-- Next-Key Lock: (20, 25], (25, 28], (28, 30]
-- Gap Lock: (30, +∞) 如果扫描到30之后

-- 其他事务无法在锁定范围内插入
INSERT INTO users VALUES (8, 'new', 26);  -- 阻塞！被 (25, 28] 阻止
INSERT INTO users VALUES (9, 'new', 22);  -- 阻塞！被 (20, 25] 阻止

-- 再次查询结果一致
SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE;
COMMIT;

4.2 不同索引的加锁差异

-- 无索引：锁全表
SELECT * FROM users WHERE name = 'Alice' FOR UPDATE;
-- 所有行和间隙都被锁定

-- 主键索引：只锁行
SELECT * FROM users WHERE id = 5 FOR UPDATE;
-- 只锁 id=5 这一行

-- 唯一索引：锁索引行 + 主键行
SELECT * FROM users WHERE email = 'a@b.com' FOR UPDATE;
-- 唯一索引上的行锁 + 主键上的行锁

-- 普通索引：临键锁 + 主键行锁
SELECT * FROM users WHERE age = 25 FOR UPDATE;
-- age 索引: Next-Key Lock + Gap Lock
-- 主键索引: 行锁

5. 死锁场景分析

5.1 间隙锁导致的死锁

-- 初始数据: id=5(c=5), id=10(c=10)

-- 事务A
BEGIN;
SELECT * FROM t WHERE c = 7 FOR UPDATE;
-- Gap Lock (5, 10)

-- 事务B
BEGIN;
SELECT * FROM t WHERE c = 8 FOR UPDATE;
-- Gap Lock (5, 10) — 间隙锁不互斥

-- 事务A
INSERT INTO t VALUES (7, 7);
-- 等待事务B的 Gap Lock 释放

-- 事务B
INSERT INTO t VALUES (8, 8);
-- 等待事务A的 Gap Lock 释放
-- 死锁！

5.2 避免死锁的策略

1. 按固定顺序访问：避免交叉锁定
2. 缩小锁定范围：使用索引减少锁定行数
3. 降低隔离级别：RC 下无间隙锁
4. 缩短事务：减少持锁时间
5. 使用乐观锁：避免使用 FOR UPDATE

-- 查看死锁日志
SHOW ENGINE INNODB STATUS;

-- 设置死锁超时（秒）
SET GLOBAL innodb_lock_wait_timeout = 50;