MySQL锁机制和锁算法

2022-08-09 13:13:38 浏览数 (1)

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  • MyISAM和InnoDB存储引擎锁区别
  • InnoDB锁机制
    • InnoDB 表级锁的锁模式
    • InnoDB 行锁模式及加锁方法
      • InnoDB 行锁实现方式
    • 乐观锁和悲观锁
      • 悲观锁
      • 乐观锁
    • 间隙锁（gap 锁）
    • 恢复和复制的需要，对InnoDB 锁机制的影响
    • 什么时候使用表锁
    • 关于死锁
    • InnoDB锁的特性
  • InnoDB锁算法

MyISAM和InnoDB存储引擎锁区别

MyISAM采⽤表级锁(table-level locking)。 InnoDB⽀持⾏级锁(row-level locking)和表级锁,默认为⾏级锁

表级锁和⾏级锁对⽐

  • 表级锁： MySQL中锁定 粒度最⼤ 的⼀种锁，对当前操作的整张表加锁，实现简单，资源消耗也 少，加锁快，不会出现死锁。其锁定粒度最⼤，触发锁冲突的概率最⾼，并发度最低， MyISAM和 InnoDB引擎都⽀持表级锁。
  • ⾏级锁： MySQL中锁定 粒度最⼩ 的⼀种锁，只针对当前操作的⾏进⾏加锁。 ⾏级锁能⼤⼤减 少数据库操作的冲突。其加锁粒度最⼩，并发度⾼，但加锁的开销也最⼤，加锁慢，会出现死 锁。

InnoDB锁机制

InnoDB 表级锁的锁模式

MySQL 的表级锁有两种模式：表共享读锁（Table Read Lock）和表独占写锁（Table Write Lock）。

InnoDB 行锁模式及加锁方法

InnoDB 实现了以下两种类型的行锁。

  • 共享锁（S）：允许一个事务去读一行，阻止其他事务获得相同数据集的排他锁。
  • 排他锁（X）：允许获得排他锁的事务更新数据，阻止其他事务取得相同数据集的共享 读锁和排他写锁。

总结：S锁之间不存在冲突，X锁之间存在冲突

另外，为了允许行锁和表锁共存，实现多粒度锁机制，InnoDB 还有两种内部使用的意 向锁（Intention Locks），这两种意向锁都是表锁。

  • 意向共享锁（IS）：事务打算给数据行加行共享锁，事务在给一个数据行加共享锁前 必须先取得该表的IS 锁。
  • 意向排他锁（IX）：事务打算给数据行加行排他锁，事务在给一个数据行加排他锁前 必须先取得该表的IX 锁。

如果一个事务请求的锁模式与当前的锁兼容，InnoDB 就将请求的锁授予该事务；反之，如果两者不兼容，该事务就要等待锁释放。

代码语言：javascript复制
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意向锁是InnoDB 自动加的，不需用户干预。对于UPDATE、DELETE 和INSERT 语句，InnoDB 会自动给涉及数据集加排他锁（X)；

对于普通SELECT 语句，InnoDB 不会加任何锁；事务可以通过以下语句显示给记录集加共享锁或排他锁。

  • 共享锁（S）：SELECT * FROM table_name WHERE … LOCK IN SHARE MODE。
  • 排他锁（X）：SELECT * FROM table_name WHERE … FOR UPDATE。

用SELECT … IN SHARE MODE 获得共享锁，主要用在需要数据依存关系时来确认某行记录是否存

在，并确保没有人对这个记录进行UPDATE 或者DELETE 操作。但是如果当前事务也需要对该记录进

行更新操作，则很有可能造成死锁，对于锁定行记录后需要进行更新操作的应用，应该使用SELECT…FOR UPDATE 方式获得排他锁。

InnoDB 行锁实现方式

InnoDB 行锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的。

InnoDB 这种行锁实现特点意味着：只有通过索引条件检索数据，InnoDB 才使用行级锁，否则，InnoDB 将使用表锁！

（1）在不通过索引条件查询的时候，InnoDB 确实使用的是表锁，而不是行锁。

看起来session_1 只给一行加了排他锁，但session_2 在请求其他行的排他锁时，却出现了锁等待！原因就是在没有索引的情况下，InnoDB 只能使用表锁。当我们给其增加一个索引后，InnoDB 就只锁定了符合条件的行，

（2）由于MySQL 的行锁是针对索引加的锁，不是针对记录加的锁，所以虽然是访问不同行的记录，但是如果是使用相同的索引键，是会出现锁冲突的。

（3）当表有多个索引的时候，不同的事务可以使用不同的索引锁定不同的行，另外，不论 是使用主键索引、唯一索引或普通索引，InnoDB 都会使用行锁来对数据加锁。

（4）即便在条件中使用了索引字段，但是否使用索引来检索数据是由MySQL 通过判断不同执行计划的代价来决定的，如果MySQL 认为全表扫描效率更高，比如对一些很小的表，它就不会使用索引，这种情况下InnoDB 将使用表锁，而不是行锁。因此，在分析锁冲突时，别忘了检查SQL 的执行计划，以确认是否真正使用了索引。

乐观锁和悲观锁

在数据库的锁机制中介绍过，数据库管理系统（DBMS）中的并发控制的任务是确保在多个事务同时存取数据库中同一数据时不破坏事务的隔离性和统一性以及数据库的统一性。

乐观并发控制(乐观锁)和悲观并发控制（悲观锁）是并发控制主要采用的技术手段。

悲观锁

在关系数据库管理系统里，悲观并发控制（又名“悲观锁”，Pessimistic Concurrency Control，缩写“PCC”）是一种并发控制的方法。它可以阻止一个事务以影响其他用户的方式来修改数据。如果一个事务执行的操作对某行数据应用了锁，那只有当这个事务把锁释放，其他事务才能够执行与该锁冲突的操作。悲观并发控制主要用于数据争用激烈的环境，以及发生并发冲突时使用锁保护数据的成本要低于回滚事务的成本的环境中。

悲观锁，正如其名，它指的是对数据被外界（包括本系统当前的其他事务，以及来自外部系统的事务处理）修改持保守态度(悲观)，因此，在整个数据处理过程中，将数据处于锁定状态。

悲观锁的实现，往往依靠数据库提供的锁机制 （也只有数据库层提供的锁机制才能真正保证数据访问的排他性，否则，即使在本系统中实现了加锁机制，也无法保证外部系统不会修改数据）

悲观锁的具体流程：

  • 在对任意记录进行修改前，先尝试为该记录加上排他锁（exclusive locking）
  • 如果加锁失败，说明该记录正在被修改，那么当前查询可能要等待或者抛出异常。 具体响应方式由开发者根据实际需要决定。
  • 如果成功加锁，那么就可以对记录做修改，事务完成后就会解锁了。
  • 其间如果有其他对该记录做修改或加排他锁的操作，都会等待我们解锁或直接抛出异常。

在mysql/InnoDB中使用悲观锁：

首先我们得关闭mysql中的autocommit属性，因为mysql默认使用自动提交模式，也就是说当我们进行一个sql操作的时候，mysql会将这个操作当做一个事务并且自动提交这个操作。

代码语言：javascript复制
1.开始事务
begin;/begin work;/start transaction; (三者选一就可以)
2.查询出商品信息
select ... for update;
3.提交事务
commit;/commit work;

排它锁的原理： 一个锁在某一时刻只能被一个线程占有，其它线程必须等待锁被释放之后才可能获取到锁或者进行数据的操作。

悲观锁的优点和不足：

悲观锁实际上是采取了“先取锁在访问”的策略，为数据的处理安全提供了保证;

但是在效率方面，由于额外的加锁机制产生了额外的开销，并且增加了死锁的机会。并且降低了并发性；当一个事物所以一行数据的时候，其他事物必须等待该事务提交之后，才能操作这行数据。

乐观锁

在关系数据库管理系统里，乐观并发控制（又名“乐观锁”，Optimistic Concurrency Control，缩写“OCC”）是一种并发控制的方法。它假设多用户并发的事务在处理时不会彼此互相影响，各事务能够在不产生锁的情况下处理各自影响的那部分数据。在提交数据更新之前，每个事务会先检查在该事务读取数据后，有没有其他事务又修改了该数据。如果其他事务有更新的话，正在提交的事务会进行回滚。

乐观锁（ Optimistic Locking ） 相对悲观锁而言，乐观锁假设认为数据一般情况下不会造成冲突，所以在数据进行提交更新的时候，才会正式对数据的冲突与否进行检测，如果发现冲突了，则让返回用户错误的信息，让用户决定如何去做。

相对于悲观锁，在对数据库进行处理的时候，乐观锁并不会使用数据库提供的锁机制。一般的实现乐观锁的方式就是记录数据版本。

数据版本,为数据增加的一个版本标识。当读取数据时，将版本标识的值一同读出，数据每更新一次，同时对版本标识进行更新。当我们提交更新的时候，判断数据库表对应记录的当前版本信息与第一次取出来的版本标识进行比对，如果数据库表当前版本号与第一次取出来的版本标识值相等，则予以更新，否则认为是过期数据。

乐观锁的优点和不足：

乐观并发控制相信事务之间的数据竞争(data race)的概率是比较小的，因此尽可能直接做下去，直到提交的时候才去锁定，所以不会产生任何锁和死锁。但如果直接简单这么做，还是有可能会遇到不可预期的结果，例如两个事务都读取了数据库的某一行，经过修改以后写回数据库，这时就遇到了问题。

间隙锁（gap 锁）

当我们用范围条件而不是相等条件检索数据，并请求共享或排他锁时，InnoDB 会给符合条件的已有数据记录的索引项加锁；对于键值在条件范围内但并不存在的记录，叫做“间隙（GAP)”

InnoDB 使用间隙锁的目的

一方面是为了防止幻读，以满足相关隔离级别的要求；

另外一方面，是为了满足其恢复和复制的需要。

在使用范围条件检索并锁定记录时，InnoDB 这种加锁机制会阻塞符合条件范围内键值的并发插入，这往往会造成严重的锁等待。因此，在实际应用开发中，尤其是并发插入比较多的应用，我们要尽量优化业务逻辑，尽量使用相等条件来访问更新数据，避免使用范围条件。

还要特别说明的是，InnoDB 除了通过范围条件加锁时使用间隙锁外，如果使用相等条件请求给一个不存在的记录加锁，InnoDB 也会使用间隙锁！

恢复和复制的需要，对InnoDB 锁机制的影响

MySQL 通过BINLOG 录执行成功的INSERT、UPDATE、DELETE 等更新数据的SQL 语句，并由此实现MySQL 数据库的恢复和主从复制（可以参见本书“管理篇”的介绍）。MySQL 的恢复机制（复制其实就是在Slave Mysql 不断做基于BINLOG 的恢复）有以下特点。

  • 一是MySQL 的恢复是SQL 语句级的，也就是重新执行BINLOG 中的SQL 语句。这与 Oracle 数据库不同，Oracle 是基于数据库文件块的。
  • 二是MySQL 的Binlog 是按照事务提交的先后顺序记录的，恢复也是按这个顺序进行的。 Oracle 是按照系统更新号（System Change Number，SCN）来恢复数据的，每个事务开始时，Oracle 都会分配一个全局唯一的SCN，SCN 的顺序与事务开始的时间顺序是一致的。

从上面两点可知，MySQL 的恢复机制要求：

  • 在一个事务未提交前，其他并发事务不能插入满足其锁定条件的任何记录，也就是不允许出现幻读，这已经超过了ISO/ANSISQL92“可重复读”隔离级别的要求，实际上是要求事务要串行化。这也是许多情况下，InnoDB 要用到间隙锁的原因，比如在用范围条件更新记录时，无论在Read Commited 或 是Repeatable Read 隔离级别下，InnoDB 都要使用间隙锁，但这并不是隔离级别要求的
  • 另外，对insert into tableName select fromtableNameB或者create table new_tab …select … From source_tab用户并没有对source_tab 做任何更新操作，只是简单地读source_tab 表的数据，相当于执行一个普通的SELECT语句，用一致性读就可以了。 InnoDB 也实现了多版本数据，对普通的SELECT 一致性读，也不需要加任何锁；但这里InnoDB 却给source_tab加了共享锁，并没有使用多版本数据一致性读技术！ MySQL 为什么要这么做呢？ 其原因还是为了保证恢复和复制的正确性。因为不加锁的话，如果在上述语句执行过程中，其他事务对source_tab 做了更新操作，就可能导致数据恢复的结果错误。为了演示这一点，我们再重复一下前面的例子，不同的是在session_1执行事务前，先将系统变量nnodb_locks_unsafe_for_binlog 的值设置为“on”（其默认值为off）

什么时候使用表锁

对于InnoDB 表，在绝大部分情况下都应该使用行级锁，因为事务和行锁往往是我们之所以选择InnoDB 表的理由。但在个别特殊事务中，也可以考虑使用表级锁。

  • 第一种情况是：事务需要更新大部分或全部数据，表又比较大，如果使用默认的行锁， 不仅这个事务执行效率低，而且可能造成其他事务长时间锁等待和锁冲突，这种情况下可以 考虑使用表锁来提高该事务的执行速度。
  • 第二种情况是：事务涉及多个表，比较复杂，很可能引起死锁，造成大量事务回滚。这 种情况也可以考虑一次性锁定事务涉及的表，从而避免死锁、减少数据库因事务回滚带来的 开销。 当然，应用中这两种事务不能太多，否则，就应该考虑使用MyISAM 表了。

在InnoDB 下，使用表锁要注意以下两点 （1）使用LOCK TABLES 虽然可以给InnoDB 加表级锁，但必须说明的是，表锁不是由InnoDB存储引擎层管理的，而是由其上一层──MySQL Server 负责的，仅当autocommit=0、innodb_table_locks=1（默认设置）时，InnoDB 层才能知道MySQL 加的表锁，MySQL Server也才能感知InnoDB 加的行锁，这种情况下，InnoDB 才能自动识别涉及表级锁的死锁；否则，InnoDB 将无法自动检测并处理这种死锁。 （2）在用LOCK TABLES 对InnoDB 表加锁时要注意，要将AUTOCOMMIT 设为0，否则MySQL 不会给表加锁；事务结束前，不要用UNLOCK TABLES 释放表锁，因为UNLOCK TABLES会隐含地提交事务；COMMIT 或ROLLBACK 并不能释放用LOCK TABLES 加的表级锁，必须用UNLOCK TABLES 释放表锁。

关于死锁

发生死锁后，InnoDB 一般都能自动检测到，并使一个事务释放锁并回退，另一个事务获得锁，继续完成事务。

但在涉及外部锁，或涉及表锁的情况下，InnoDB 并不能完全自动检测到死锁，这需要通过设置锁等待超时参数innodb_lock_wait_timeout 来解决。

需要说明的是，这个参数并不是只用来解决死锁问题，在并发访问比较高的情况下，如果大量事务因无法立即获得所需的锁而挂起，会占用大量计算机资源，造成严重性能问题，甚至拖跨数据库。我们通过设置合适的锁等待超时阈值，可以避免这种情况发生。

通常来说，死锁都是应用设计的问题，通过调整业务流程、数据库对象设计、事务大小，以及访问数据库的SQL 语句，绝大部分死锁都可以避免。

下面就通过实例来介绍几种避免死锁的常用方法。

（1）在应用中，如果不同的程序会并发存取多个表，应尽量约定以相同的顺序来访问表，这样可以大大降低产生死锁的机会。

（2）在程序以批量方式处理数据的时候，如果事先对数据排序，保证每个线程按固定的顺序来处理记录，也可以大大降低出现死锁的可能。

（3）在事务中，如果要更新记录，应该直接申请足够级别的锁，即排他锁，而不应先申请共享锁，更新时再申请排他锁，因为当用户申请排他锁时，其他事务可能又已经获得了相同记录的共享锁，从而造成锁冲突，甚至死锁。

（4）在REPEATABLE-READ 隔离级别下，如果两个线程同时对相同条件记录用SELECT…FOR UPDATE 加排他锁，在数据不存在下，两个线程都会加锁成功。程序发现记录尚不存在，就试图插入一条新记录，如果两个线程都这么做，就会出现死锁。这种情况下，将隔离级别改成READ COMMITTED，就可避免问题。

（5）当隔离级别为READ COMMITTED 时，如果两个线程都先执行SELECT…FOR UPDATE，判断是否存在符合条件的记录，如果没有，就插入记录。此时，只有一个线程能插入成功，另一个线程会出现锁等待，当第1 个线程提交后，第2 个线程会因主键重出错，但虽然这个线程出错了，却会获得一个排他锁！这时如果有第3 个线程又来申请排他锁，也会出现死锁。

减少锁冲突和死锁总结：

  • 尽量使用较低的隔离级别；
  • 精心设计索引，并尽量使用索引访问数据，使加锁更精确，从而减少锁冲突的机会；
  • 选择合理的事务大小，小事务发生锁冲突的几率也更小；
  • 给记录集显示加锁时，最好一次性请求足够级别的锁。比如要修改数据的话，最好直接申请排他锁，而不是先申请共享锁，修改时再请求排他锁，这样容易产生死锁；
  • 不同的程序访问一组表时，应尽量约定以相同的顺序访问各表，对一个表而言，尽 可能以固定的顺序存取表中的行。这样可以大大减少死锁的机会；
  • 尽量用相等条件访问数据，这样可以避免间隙锁对并发插入的影响；
  • 不要申请超过实际需要的锁级别；除非必须，查询时不要显示加锁；
  • 对于一些特定的事务，可以使用表锁来提高处理速度或减少死锁的可能。

InnoDB锁的特性

  • 在不通过索引条件查询的时候，InnoDB使用的确实是表锁！
  • 由于 MySQL 的行锁是针对索引加的锁,不是针对记录加的锁,所以虽然是访问不同行 的记录,但是如果是使用相同的索引键,是会出现锁冲突的。
  • 当表有多个索引的时候,不同的事务可以使用不同的索引锁定不同的行,另外,不论 是使用主键索引、唯一索引或普通索引,InnoDB 都会使用行锁来对数据加锁。
  • 即便在条件中使用了索引字段,但是否使用索引来检索数据是由 MySQL 通过判断不同 执行计划的代价来决定的,如果 MySQL 认为全表扫 效率更高,比如对一些很小的表,它 就不会使用索引,这种情况下 InnoDB 将使用表锁,而不是行锁。因此,在分析锁冲突时, 别忘了检查 SQL 的执行计划（explain查看）,以确认是否真正使用了索引。

InnoDB锁算法

  • record lock：单个行记录上锁
  • gap lock：间隙锁，锁定一个范围，不包括记录本身。
  • next-key lock：record gap 锁定一个范围包括记录本身。

当对存在的行进行锁的时候(主键)，mysql就只有行锁。

当对未存在的行进行锁的时候(即使条件为主键)，mysql是会锁住一段范围（有gap锁）

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