幻读和脏读的区别

定义：脏读指的是在一个事务内，读取到了其他事务尚未提交的修改数据。当另一个事务回滚时，当前事务读取到的这些未提交的数据就成为“脏数据”。
发生场景：通常出现在**读未提交（READ UNCOMMITTED）**的隔离级别下，这是最低级别的隔离。
例子：
- 事务 A：修改了一行记录，但未提交。
- 事务 B：在事务 A 未提交的情况下，读取了这行被修改的数据。
- 如果事务 A 回滚，事务 B 读到的数据就是无效的、脏数据。

幻读（Phantom Read）

定义：幻读是指在同一事务中，多次执行相同的范围查询时，看到的数据不一致（比如看到多出的行）。这通常是因为另一个事务在当前事务查询期间，插入或删除了满足查询条件的新行。
发生场景：可能在**可重复读（REPEATABLE READ）或读已提交（READ COMMITTED）**隔离级别下发生。
例子：
- 事务 A：执行一个范围查询，比如 SELECT * FROM table WHERE age > 20。
- 事务 B：在事务 A 的范围内插入了一行新记录，并提交。
- 当事务 A 再次执行相同的范围查询时，会看到事务 B 插入的新行，导致查询结果出现“幻影”。

2. 区别：本质上的不同

	脏读	幻读
本质	读到未提交的数据	读到其他事务插入的新数据
影响	数据不一致、存在无效数据	范围查询结果不一致
隔离级别	发生在读未提交（READ UNCOMMITTED）	发生在可重复读（REPEATABLE READ）等
防范措施	提高隔离级别至读已提交或更高	使用 Next-Key Locking 等机制

3. 深入理解：具体例子对比

脏读的详细例子

假设有一个银行账户表 accounts，其中包含以下字段：account_id 和 balance。

事务 A：将账户余额从 100 修改为 200，但尚未提交：sqlCopy codeSTART TRANSACTION; UPDATE accounts SET balance = 200 WHERE account_id = 1; -- 尚未提交
事务 B：在事务 A 未提交的情况下，读取账户余额：sqlCopy codeSELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 1; -- 结果：200（脏数据）
如果事务 A 随后回滚，则事务 B 读到的 200 是无效的，即脏读。

幻读的详细例子

假设有一个用户表 users，其中包含以下字段：user_id 和 age。

事务 A：读取所有年龄大于 20 的用户：sqlCopy codeSTART TRANSACTION; SELECT * FROM users WHERE age > 20; -- 假设返回两行数据
事务 B：插入一行年龄为 21 的新用户记录并提交：sqlCopy codeINSERT INTO users (user_id, age) VALUES (3, 21); COMMIT;
事务 A：再次执行相同的查询：sqlCopy codeSELECT * FROM users WHERE age > 20; -- 现在返回三行数据，出现了“幻读”

4. 如何防止脏读和幻读

防止脏读

读已提交（READ COMMITTED）：通过提高隔离级别到“读已提交”或更高，可以防止脏读。在这个隔离级别下，事务只能读取已提交的数据，避免读取到其他事务的未提交修改。

防止幻读

Next-Key Locking：在 MySQL 的默认事务隔离级别（可重复读）中，通过使用 Next-Key Locking（临键锁定）机制防止幻读。Next-Key Locking 不仅锁住了已有的行，还锁住了可能会插入新行的位置，避免了在同一事务中看到新插入的“幻影”数据。

5. 总结

脏读：读取了其他事务未提交的无效数据，会导致不一致的数据状态，通常通过将隔离级别设置为“读已提交”或更高来防止。
幻读：在范围查询中出现新插入的行，导致两次查询结果不一致。MySQL 在“可重复读”隔离级别下，通过 Next-Key Locking 来防止幻读。

6. 可重复读隔离级别的特殊性

在 MySQL 的 可重复读（REPEATABLE READ） 隔离级别下，由于 MVCC 和 Next-Key Locking 的结合，可以同时防止脏读、不可重复读和幻读。与之相比，其他数据库（如 Oracle）的可重复读可能无法完全防止幻读，而只能防止不可重复读。

在 可重复读 隔离级别下：

事务只能看到在事务开始之前已经提交的数据，防止了脏读。
同一事务中的多次读取是基于一个一致的快照，因此可以防止不可重复读。
通过 Next-Key Locking，还能防止新插入的记录被读到，从而避免幻读。

1. Next-Key Locking 简介

Next-Key Locking 是 MySQL InnoDB 存储引擎用来避免“幻读”的一种锁定机制。Next-Key Locking 是一种组合锁，它结合了行锁和 间隙锁。通过在查询范围内的记录上施加锁，同时在这些记录之间的“间隙”上也施加锁，防止其他事务在范围内插入新记录。

2. Next-Key Locking 的工作原理

2.1 什么是 Next-Key Locking？

Next-Key Locking 将锁定范围分为“行锁（Record Lock）”和“间隙锁（Gap Lock）”，并通过这两种锁的组合来保证一致性：

行锁（Record Lock）：锁定数据库表中实际存在的行。
间隙锁（Gap Lock）：锁定数据库中两行之间的间隙，防止在该间隙内插入新行。

2.2 如何实现防止幻读

在 MySQL 的“可重复读”隔离级别下，如果事务在某个范围内进行查询，MySQL 会对查询结果中的所有记录以及其间隙施加锁定，以确保在当前事务的持续时间内，这个范围内不会有新行插入。

例子：避免幻读的实现

假设有一个表 users，结构如下：

sqlCopy codeCREATE TABLE users (
  id INT PRIMARY KEY,
  age INT
);

现在有以下数据：

bashCopy code| id | age |
|----|-----|
| 1  | 20  |
| 2  | 25  |
| 3  | 30  |

事务 A 开始，进行范围查询：sqlCopy codeSTART TRANSACTION; SELECT * FROM users WHERE age > 20;
- 在这里，MySQL 会对符合条件的行（age = 25 和 age = 30）施加行锁，并对两行之间的间隙施加 间隙锁，具体锁定范围如下：
  - 行锁：锁住 age = 25 和 age = 30 的行。
  - 间隙锁：锁住 (20, 25) 和 (25, 30) 之间的间隙，以及 (30, +∞) 之间的间隙。
事务 B 尝试在事务 A 的范围内插入新数据：sqlCopy codeINSERT INTO users (id, age) VALUES (4, 28);
- 由于事务 A 已经对 (25, 30) 之间的间隙加锁，事务 B 的插入操作会被阻塞，直到事务 A 提交或回滚。这种机制防止了在范围内出现新的行，避免了“幻读”。

3. Next-Key Locking 的详细机制

3.1 间隙锁（Gap Lock）

定义：间隙锁是指在两行之间的间隙上施加的锁，用于防止其他事务在间隙中插入新行。比如在上述例子中，(20, 25) 和 (25, 30) 就是两个间隙。
实现：MySQL 会在执行范围查询时，对符合条件的行和间隙都进行锁定，从而确保在同一个事务中范围内的结果不会发生变化。

3.2 行锁（Record Lock）

行锁会对实际存在的记录加锁，确保当前事务中修改的行不会被其他事务更改。
这种锁是加在数据行上的，而不是加在记录之间的间隙上。

3.3 Next-Key Locking

Next-Key Locking 是行锁和间隙锁的组合。它不仅锁住了已经存在的记录，还锁住了这些记录之间的间隙，从而防止了新的插入。
这种锁定机制适用于所有范围查询，包括 SELECT ... FOR UPDATE、UPDATE 和 DELETE 等语句。

4. Next-Key Locking 的应用场景

4.1 防止幻读的例子

假设有一个事务 T1，在数据库表 users 中查找 age > 20 的所有记录，并进行一些操作。如果在 T1 查询期间，另一个事务 T2 向 users 表插入了一行 age = 21 的记录，那么如果没有间隙锁，T1 在同一事务中再次查询时就会出现幻读。

有了 Next-Key Locking，T1 在第一次查询时就会对符合条件的行和间隙加锁，从而阻止 T2 插入新的符合条件的行，避免幻读。

4.2 范围更新的应用

假设一个事务执行以下范围更新：

sqlCopy codeUPDATE users SET age = age + 1 WHERE age > 20;

在这种情况下，MySQL 会对所有符合条件的行和间隙加锁，确保在事务完成之前，范围内的数据不会被其他事务插入新行或修改已有行。

5. Next-Key Locking 的局限性

5.1 性能问题

Next-Key Locking 会锁定较大范围的间隙和行，可能导致性能下降，尤其是在高并发的情况下，会带来较多的锁冲突。

5.2 自动降级

当查询的条件是唯一索引的精确匹配时，MySQL 会自动降级为行锁，而不使用 Next-Key Locking，以减少锁范围，提高并发性能。

6. 总结

Next-Key Locking 是 InnoDB 在可重复读隔离级别下防止幻读的关键机制。
它通过锁定查询范围内的行和间隙，确保其他事务无法在锁定范围内插入新行，从而避免同一事务中多次执行相同查询时结果不一致的问题。
这种机制虽然能有效防止幻读，但也会带来一定的锁竞争和性能开销，需要根据业务需求和并发情况合理设计事务和查询。