為什么需要插入意向鎖？
不久之前，有位讀者問(wèn)了一個(gè)關(guān)于 insert intention waiting 的問(wèn)題，回答過(guò)程中，我還把意向鎖（intention lock）和插入意向鎖（insert intention lock）搞混了，實(shí)際上這是 2 種不同類(lèi)型的鎖。
為此，我研究了下插入意向鎖，于是有了這篇文章。
本文基于 MySQL 8.0.32 源碼，存儲(chǔ)引擎為 InnoDB，事務(wù)隔離級(jí)別為可重復(fù)讀。如需轉(zhuǎn)載，請(qǐng)聯(lián)系『一樹(shù)一溪』公眾號(hào)作者，轉(zhuǎn)載后請(qǐng)標(biāo)明來(lái)源。
正文
1、什么是插入意向鎖？
我們先來(lái)看看官方定義：插入意向鎖是由 INSERT 操作在插入記錄之前加的一種間隙鎖。
官方文檔原文如下：
An insert intention lock
is a type of gap lock
set by INSERT operations
prior to row insertion.我們?cè)賮?lái)看看插入意向鎖的加鎖代碼：
// 為了方便閱讀，代碼格式做了調(diào)整。
// storage/innobase/lock/lock0lock.cc
dberr_t lock_rec_insert_check_and_lock(...)
{
...
const ulint type_mode =
LOCK_X |
LOCK_GAP |
LOCK_INSERT_INTENTION;
const auto conflicting =
lock_rec_other_has_conflicting(type_mode, block, heap_no, trx);
...
if (conflicting.wait_for != nullptr) {
RecLock rec_lock(thr, index, block, heap_no, type_mode);
trx_mutex_enter(trx);
err = rec_lock.add_to_waitq(conflicting.wait_for);
trx_mutex_exit(trx);
}
...
}type_mode 包含了 3 個(gè)標(biāo)志位：
- LOCK_X，表示這是個(gè)排他鎖。
- LOCK_GAP，表示這是個(gè)間隙鎖。
- LOCK_INSERT_INTENTION，表示這是插入意向鎖。
代碼和官方文檔可以相互印證：插入意向鎖是一種排他（LOCK_X）間隙鎖（LOCK_GAP）。
2、為什么需要插入意向鎖？
通過(guò)前面的介紹，我們知道了：插入意向鎖本質(zhì)上是間隙鎖。
那么，問(wèn)題來(lái)了：既然有了間隙鎖，那還弄個(gè)插入意向鎖干啥？
答案當(dāng)然是有用了。
有啥用？
說(shuō)來(lái)話(huà)長(zhǎng)。
那我們就長(zhǎng)話(huà)長(zhǎng)說(shuō)，先從間隙鎖說(shuō)起。
我們先來(lái)看一下間隙鎖的特點(diǎn)：
- 間隙鎖的唯一用途是阻止其它事務(wù)插入記錄到間隙中，以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)讀。
- 共享間隙鎖、排他間隙鎖的功能完全一樣。
- 間隙鎖可以共存，一個(gè)事務(wù)持有某個(gè)間隙的鎖，該間隙鎖釋放之前，其它事務(wù)也可以申請(qǐng)并獲得該間隙的鎖，并且不區(qū)分共享鎖還是排他鎖。
由于多個(gè)間隙鎖可以共存，插入記錄需要加鎖時(shí)，如果直接使用間隙鎖，一個(gè)事務(wù)鎖住了某個(gè)間隙，其它事務(wù)執(zhí)行 INSERT 語(yǔ)句還可以插入記錄到該間隙中，也就違背了間隙鎖用于實(shí)現(xiàn)可重復(fù)讀這一特點(diǎn)了。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，InnoDB 引入了插入意向鎖。
上一小節(jié)，我們從 lock_rec_insert_check_and_lock() 代碼看到了插入間隙鎖的 type_mode：
const ulint type_mode =
LOCK_X |
LOCK_GAP |
LOCK_INSERT_INTENTION;實(shí)際上，插入意向鎖就是在排他間隙鎖的基礎(chǔ)上打了個(gè) LOCK_INSERT_INTENTION 標(biāo)志。
我們通過(guò)具體的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看一下 LOCK_INSERT_INTENTION 標(biāo)志的作用機(jī)制：
圖片
事務(wù) T 執(zhí)行 INSERT 語(yǔ)句，插入記錄 R 到某個(gè)表的記錄 R1 之前。
如果其它事務(wù)對(duì) R1 前面的間隙加了（共享或排他）間隙鎖，事務(wù) T 會(huì)申請(qǐng)對(duì)該間隙加插入意向鎖。
因?yàn)椴迦胍庀蜴i有 LOCK_INSERT_INTENTION 標(biāo)志，識(shí)別到這個(gè)標(biāo)志，InnoDB 就會(huì)讓 INSERT 語(yǔ)句進(jìn)入等待狀態(tài)。
直到 R1 前面間隙的鎖被釋放，INSERT 語(yǔ)句才能獲得插入意向鎖，插入記錄 R 到 R1 前面的間隙中。
通過(guò) LOCK_INSERT_INTENTION 標(biāo)志的介紹可以看到，插入記錄時(shí)，只有使用插入意向鎖，其它事務(wù)持有的間隙鎖才能阻止插入操作插入記錄到間隙中。
也就是說(shuō)，間隙鎖需要插入意向鎖的配合，才能實(shí)現(xiàn)可重復(fù)讀，這就是為什么需要插入意向鎖的原因了。
3、插入意向鎖和其它鎖的關(guān)系
為了介紹這一小節(jié)的內(nèi)容，我們需要先做點(diǎn)準(zhǔn)備工作。
創(chuàng)建測(cè)試表：
USE `test`;
CREATE TABLE `t1` (
`id` int unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`i1` int DEFAULT '0',
PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb3;插入測(cè)試數(shù)據(jù)：
INSERT INTO `t1`(`id`, `i1`)
VALUES (10, 101), (20, 201), (30, 301);數(shù)據(jù)如下：
通過(guò)以下命令創(chuàng)建 3 個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接備用：
mysql -h127.0.0.1 -uroot -D test3 個(gè)連接分別命名為 session 1、session 2、session 3。
（1）間隙鎖會(huì)阻塞插入意向鎖
我們可以按以下步驟，驗(yàn)證間隙鎖會(huì)阻塞插入意向鎖。
第 1 步，在 session 1 中執(zhí)行以下 SQL，對(duì) id = 20 的記錄加間隙鎖：
BEGIN;
SELECT * FROM `t1`
WHERE `id` > 10 AND `id` < 20
FOR SHARE;SELECT 語(yǔ)句會(huì)鎖住 id = 20 的記錄前面的間隙。
第 2 步，在 session 2 中執(zhí)行以下 SQL，插入一條記錄到 id = 20 的記錄之前：
BEGIN;
INSERT INTO `t1`(`id`, `i1`)
VALUES (12, 121);INSERT 語(yǔ)句發(fā)現(xiàn) id = 20 的記錄前面的間隙被鎖住了，會(huì)申請(qǐng)對(duì)該間隙加插入意向鎖，并進(jìn)入等待狀態(tài)。
第 3 步，在 session 3 中執(zhí)行以下 SQL，查看加鎖情況：
SELECT
`engine_transaction_id` as `trx_id`,
`object_name` as `table`,
`index_name` as `index`,
`lock_type`, `lock_mode`,
`lock_status`, `lock_data`
FROM `performance_schema`.`data_locks`
WHERE `lock_type` = 'RECORD'
AND object_schema = 'test';
圖片
通過(guò)加鎖情況，我們可以確認(rèn)間隙鎖會(huì)阻塞插入意向鎖：
- session 1 的 SELECT 語(yǔ)句持有間隙鎖（lock_mode 包含 GAP）。
- session 2 的 INSERT 語(yǔ)句正在等待插入意向鎖（lock_mode 包含 INSERT_INTENTION）。
最后，在 session 1、session 2 中執(zhí)行 ROLLBACK 語(yǔ)句，回滾事務(wù)，為后面的驗(yàn)證工作做準(zhǔn)備。
（2）插入意向鎖不會(huì)阻塞間隙鎖
我們可以按以下步驟，驗(yàn)證插入意向鎖不會(huì)阻塞間隙鎖。
第 1 步，在 session 1 中執(zhí)行以下 SQL，對(duì) id = 20 的記錄加間隙鎖：
BEGIN;
SELECT * FROM `t1`
WHERE `id` > 10 AND `id` < 20
FOR SHARE;SELECT 語(yǔ)句會(huì)鎖住 id = 20 的記錄前面的間隙。
第 1 步加間隙鎖，是為了引發(fā)第 2 步的 INSERT 語(yǔ)句加插入意向鎖。
第 2 步，在 session 2 中執(zhí)行以下 SQL，插入一條記錄到 id = 20 的記錄之前：
BEGIN;
INSERT INTO `t1`(`id`, `i1`)
VALUES (12, 121);INSERT 語(yǔ)句發(fā)現(xiàn) id = 20 的記錄前面的間隙被鎖住了，會(huì)申請(qǐng)對(duì)該間隙加插入意向鎖，并進(jìn)入等待狀態(tài)。
第 3 步，在 session 1 中執(zhí)行以下 SQL，回滾事務(wù)：
ROLLBACK;SELECT 語(yǔ)句釋放間隙鎖之后，第 2 步 session 2 中的 INSERT 語(yǔ)句成功獲得插入意向鎖。
第 4 步，在 session 1 中執(zhí)行以下 SQL，對(duì) id = 20 的記錄加間隙鎖：
BEGIN;
SELECT * FROM `t1`
-- `id` > xx 中的 xx 取值為 15
WHERE `id` > 15 AND `id` < 20
FOR SHARE;注意：因?yàn)榈?2 步的 INSERT 語(yǔ)句在 id = 10 ~ 20 之間插入了 id = 12 的記錄，第 4 步 WHERE 條件 id > xx 中的 xx 必須大于 12，否則會(huì)觸發(fā) id = 12 的記錄上的隱式鎖邏輯，導(dǎo)致 SELECT 語(yǔ)句等待 id = 20 的記錄上的 next-key 鎖。
第 5 步，在 session 3 中執(zhí)行以下 SQL，查看加鎖情況：
SELECT
`engine_transaction_id` as `trx_id`,
`object_name` as `table`,
`index_name` as `index`,
`lock_type`, `lock_mode`,
`lock_status`, `lock_data`
FROM `performance_schema`.`data_locks`
WHERE `lock_type` = 'RECORD'
AND object_schema = 'test';通過(guò)加鎖情況，我們可以確認(rèn)插入意向鎖不會(huì)阻塞間隙鎖：
- session 2 中，第 2 步的 INSERT 語(yǔ)句持有插入意向鎖（lock_mode 包含 INSERT_INTENTION）。
- session 1 中，第 4 步的 SELECT 語(yǔ)句成功獲得了間隙鎖（lock_mode 包含 GAP）。
最后，在 session 1、session 2 中執(zhí)行 ROLLBACK 語(yǔ)句，回滾事務(wù)，為后面的驗(yàn)證工作做準(zhǔn)備。
（3）插入意向鎖相互之間不會(huì)阻塞
我們可以按以下步驟，驗(yàn)證插入意向鎖相互之間不會(huì)阻塞。
第 1 步，在 session 1 中執(zhí)行以下 SQL，對(duì) id = 20 的記錄加間隙鎖：
BEGIN;
SELECT * FROM `t1`
WHERE `id` > 10 AND `id` < 20
FOR SHARE;SELECT 語(yǔ)句會(huì)鎖住 id = 20 的記錄前面的間隙。
執(zhí)行這一步是為了讓第 2、3 步的 INSERT 語(yǔ)句都申請(qǐng)對(duì) id = 20 的記錄前面的間隙加插入意向鎖，并進(jìn)入等待狀態(tài)。
第 2 步，在 session 2 中執(zhí)行以下 SQL，插入一條記錄到 id = 20 的記錄之前：
BEGIN;
INSERT INTO `t1`(`id`, `i1`)
VALUES (12, 121);INSERT 語(yǔ)句發(fā)現(xiàn) id = 20 的記錄前面的間隙被鎖住了，會(huì)申請(qǐng)對(duì)該間隙加插入意向鎖，并進(jìn)入等待狀態(tài)。
第 3 步，在 session 3 中執(zhí)行以下 SQL，插入一條記錄到 id = 20 的記錄之前：
BEGIN;
INSERT INTO `t1`(`id`, `i1`)
VALUES (15, 151);INSERT 語(yǔ)句發(fā)現(xiàn) id = 20 的記錄前面的間隙被鎖住了，會(huì)申請(qǐng)對(duì)該間隙加插入意向鎖，并進(jìn)入等待狀態(tài)。
第 4 步，在 session 1 中執(zhí)行以下 SQL，查看鎖等待情況：
SELECT
`engine_transaction_id` as `trx_id`,
`object_name` as `table`,
`index_name` as `index`,
`lock_type`, `lock_mode`,
`lock_status`, `lock_data`
FROM `performance_schema`.`data_locks`
WHERE `lock_type` = 'RECORD'
AND object_schema = 'test';
圖片
由于 id = 20 的記錄前面的間隙被第 1 步的 SELECT 語(yǔ)句鎖住了，第 2、3 步的 INSERT 語(yǔ)句正在等待該間隙的插入意向鎖。
第 5 步，在 session 1 中執(zhí)行回滾語(yǔ)句，釋放 id = 20 的記錄上的間隙鎖：
ROLLBACK;第 6 步，在 session 1 中執(zhí)行以下 SQL，查看加鎖情況：
SELECT
`engine_transaction_id` as `trx_id`,
`object_name` as `table`,
`index_name` as `index`,
`lock_type`, `lock_mode`,
`lock_status`, `lock_data`
FROM `performance_schema`.`data_locks`
WHERE `lock_type` = 'RECORD'
AND object_schema = 'test';第 2、3 步的 INSERT 語(yǔ)句同時(shí)獲得了 id = 20 的記錄前面間隙的插入意向鎖。
通過(guò)加鎖情況，我們可以確認(rèn)插入意向鎖相互之間不會(huì)阻塞。
3.4 next-key 鎖和插入意向鎖會(huì)相互阻塞嗎？
對(duì)于 next-key 鎖和插入意向鎖是否會(huì)相互阻塞，這里只給出結(jié)論：
- next-key 鎖會(huì)阻塞插入意向鎖。
- 插入意向鎖不會(huì)阻塞 next-key 鎖。
感興趣的讀者可以按照 3.1、3.2 小節(jié)的步驟自行測(cè)試，畢竟自己動(dòng)手獲得的知識(shí)才會(huì)記得更牢。
測(cè)試時(shí)，需要把 SELECT 語(yǔ)句 WHERE 條件中的 id < 20 替換為 id <= 20，確保 SELECT 語(yǔ)句加的是 next-key 鎖而不是普通的間隙鎖。
4. 怎么知道加了插入意向鎖？
我們通過(guò)查詢(xún) performance_schema.data_locks，可以知道某個(gè)事務(wù)是否申請(qǐng)了對(duì)某個(gè)間隙加插入間隙鎖，這種方式我們?cè)谏弦恍」?jié)中已經(jīng)使用過(guò)多次。
如果查詢(xún)結(jié)果中某條記錄的 lock_mode 字段包含 INSERT_INTENTION，說(shuō)明對(duì)應(yīng)的事務(wù)申請(qǐng)了加插入意向鎖。
lock_status = WAITING 說(shuō)明正在等待插入意向鎖。
lock_status = GRANTED 說(shuō)明已經(jīng)獲得了插入意向鎖。
還有一種方式，只能看到正在等待的插入意向鎖，無(wú)法看到已經(jīng)獲得的插入意向鎖。
執(zhí)行 SHOW ENGINE InnoDB STATUS 語(yǔ)句，部分結(jié)果如下：
-- 為了方便閱讀，對(duì)以下結(jié)果的格式做了調(diào)整
-- TRX HAS BEEN WAITING 2 SEC FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 0 page no 47
n bits 72
index PRIMARY of table `test`.`t1`
trx id 133955
lock_mode X
locks gap before rec
insert intention waiting通過(guò)以上結(jié)果，我們可以得到以下信息：
事務(wù) 133955 正在等待（waiting）獲取插入意向鎖（insert intention）：
- lock_mode X 對(duì)應(yīng) type_mode 中的 LOCK_X。
- locks gap before rec 對(duì)應(yīng) type_mode 中的 LOCK_GAP。
- insert intention 對(duì)應(yīng) type_mode 中的 LOCK_INSERT_INTENTION。
5、總結(jié)
在排他（LOCK_X）間隙鎖（LOCK_GAP）的基礎(chǔ)上增加 LOCK_INSERT_INTENTION 標(biāo)志，就得到了插入意向鎖，所以，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，插入意向鎖是個(gè)特殊的間隙鎖。
間隙鎖需要插入意向鎖的配合，才能阻塞其它事務(wù)插入記錄到某個(gè)間隙中，從而實(shí)現(xiàn)可重復(fù)讀，這就是需要插入意向鎖的原因了。
