MySQL锁机制

时间 2019-11-07

标签 mysql 机制栏目 MySQL 繁體版

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进一步学习MySQL

为何要学习锁机制

锁是计算机协调多个进程或线程并发访问某一资源的机制。html

由于数据也是一种供许多用户共享的资源，如何保证数据并发访问的一致性、有效性是全部数据库必须解决的一个问题，锁冲突也是影响数据库并发访问性能的一个重要因素，因此进一步学习MySQL，就须要去了解它的锁机制。mysql

本文主要记录学习了 MyISAM 和 InnoDB 这两个存储引擎，并且更加关注的是 InnoDB（由于常常用😁）git

MySQL锁概述：

相对其余数据库而言，MySQL 的锁机制比较简单，其最显著的特色是不一样的存储引擎支持不一样的锁机制。好比，MyISAM和MEMORY存储引擎采用的是表级锁（table-level locking）；BDB存储引擎采用的是页面锁（page-level locking），但也支持表级锁；InnoDB存储引擎既支持行级锁（row-level locking），也支持表级锁，但默认状况下是采用行级锁。 MySQL这3种锁的特性可大体概括以下。github

开销、加锁速度、死锁、粒度、并发性能 ①：表级锁：开销小，加锁快；不会出现死锁；锁定粒度大，发生锁冲突的几率最高,并发度最低。spring

②：行级锁：开销大，加锁慢；会出现死锁；锁定粒度最小，发生锁冲突的几率最低,并发度也最高。sql

③：页面锁：开销和加锁时间界于表锁和行锁之间；会出现死锁；锁定粒度界于表锁和行锁之间，并发度通常。数据库

从上述特色可见，很难笼统地说哪一种锁更好，只能就具体应用的特色来讲哪一种锁更合适！仅从锁的角度来讲：表级锁更适合于以查询为主，只有少许按索引条件更新数据的应用，如Web应用；而行级锁则更适合于有大量按索引条件并发更新少许不一样数据，同时又有并发查询的应用，如一些在线事务处理（OLTP）系统。因为BDB已经被InnoDB取代，即将成为历史（因此如今基本都在使用InnoDB存储引擎）。session

MyISAN存储引擎

MyISAM 存储引擎只支持表锁，这也是 MySQL 开始几个版本中惟一支持的锁类型。数据结构

MySQL表级锁

查询表锁争用状况

mysql> show status like 'table%';
+----------------------------+-------+
| Variable_name              | Value |
+----------------------------+-------+
| Table_locks_immediate      | 4     |
| Table_locks_waited         | 0     |
| Table_open_cache_hits      | 4     |
| Table_open_cache_misses    | 8     |
| Table_open_cache_overflows | 0     |
+----------------------------+-------+
5 rows in set (0.00 sec)
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若是 Table_locks_waited 的值比较高，则说明存在着较严重的表级锁争用状况。并发

MySQL的表级锁的两种模式

表共享读锁（Table Read Lock）
表独占写锁（Table Write Lock）

MySQL中的表锁兼容性：

请求锁模式矩阵结果表示是否兼容当前锁模式	None	读锁	写锁
读锁	是	是	否
写锁	是	否	否

也就是说，在MyISAM读模式下，不会阻塞其它用户的同一表读操做，可是会阻塞写操做；而在写模式下，会同时阻塞其它用户同一表的读写操做。

测试MyISAM的写锁模式

新建一个user表，引擎是MyISAM：

mysql> desc user;
+---------+-------------+------+-----+---------+----------------+
| Field   | Type        | Null | Key | Default | Extra          |
+---------+-------------+------+-----+---------+----------------+
| id      | int(11)     | NO   | PRI | NULL    | auto_increment |
| name    | varchar(20) | YES  |     | NULL    |                |
| age     | int(3)      | YES  |     | NULL    |                |
| address | varchar(60) | YES  |     | NULL    |                |
+---------+-------------+------+-----+---------+----------------+
4 rows in set (0.01 sec)
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session A	session B
得到user表的锁锁定 mysql> lock table user write; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) mysql>select * from user; Empty set (0.00 sec) mysql> insert into user(id, name, age, address) values(1, 'test', 18, 'test address'); Query OK,1 row affected (0.02 sec)
	mysql> select * from user\G 被阻塞了，一直卡住在这，没有返回结果
mysql> unlock tables; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)	等待
	mysql> select * from user\G ********** name: test age: 18 address: test address 1 row in set (5 min 29.61 sec)

能够看出，经过lock table user write将user表锁住后，其它用户进行对该表操做时，都会被阻塞。

测试MyISAM读锁

在用LOCK TABLES给表显式加表锁时，必须同时取得全部涉及到表的锁，而且MySQL不支持锁升级。也就是说，在执行LOCK TABLES后，只能访问显式加锁的这些表，不能访问未加锁的表；同时，若是加的是读锁，那么只能执行查询操做，而不能执行更新操做。其实，在自动加锁的状况下也基本如此，MyISAM老是一次得到SQL语句所须要的所有锁。这也正是MyISAM表不会出现死锁（Deadlock Free）的缘由。

session A	session B
得到user表的读锁定 mysql> lock table user read; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
	mysql> select * from user where id = 1 \G 中从查询速度中能够看出，sessionB并无被阻塞 1 row in set (0.00 sec)
因为没有获取order表的读锁定，因此不能查询order表 mysql> select * from `order`; ERROR 1100 (HY000): Table 'order' was not locked with LOCK TABLES	可是session B能够访问oder表，不阻塞 mysql> select * from `order`; Empty set (0.00 sec)
得到读锁定时，不能进行写操做 mysql> update user set name = 'wahaha' where id = 1; ERROR 1099 (HY000): Table 'user' was locked with a READ lock and can't be updated	其它session进行更新操做时，会被阻塞 mysql> update user set name = 'wahaha' where id = 1; 等待ing
释放锁 mysql> unlock tables; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)	等待
	mysql> update user set name = 'wahaha' where id = 1; Query OK, 1 row affected (1 min 6.43 sec)

MyISAM支持并发插入

MyISAM表的读和写是串行的，但这是就整体而言的。在必定条件下，MyISAM表也支持查询和插入操做的并发进行。MyISAM存储引擎有一个系统变量concurrent_insert，专门用以控制其并发插入的行为，其值分别能够为0、1或2。

当concurrent_insert设置为0时，不容许并发插入。
当concurrent_insert设置为1时，若是MyISAM表中没有空洞（即表的中间没有被删除的行），MyISAM容许在一个进程读表的同时，另外一个进程从表尾插入记录。这也是MySQL的默认设置。
当concurrent_insert设置为2时，不管MyISAM表中有没有空洞，都容许在表尾并发插入记录。

MyISAM的锁调度

MyISAM存储引擎的读锁和写锁是互斥的，读写操做是串行的。但它认为写锁的优先级比读锁高，因此即便读请求先到锁等待队列，写请求后到，写锁也会插到读锁请求以前！这也正是MyISAM表不太适合于有大量更新操做和查询操做应用的缘由，由于，大量的更新操做会形成查询操做很难得到读锁，从而可能永远阻塞。能够经过一些设置来调节MyISAM的调度行为。

经过指定启动参数low-priority-updates，使MyISAM引擎默认给予读请求以优先的权利。
经过执行命令SET LOW_PRIORITY_UPDATES=1，使该链接发出的更新请求优先级下降。
经过指定INSERT、UPDATE、DELETE语句的LOW_PRIORITY属性，下降该语句的优先级。

虽然上面3种方法都是要么更新优先，要么查询优先的方法，但仍是能够用其来解决查询相对重要的应用（如用户登陆系统）中，读锁等待严重的问题。另外，MySQL也提供了一种折中的办法来调节读写冲突，即给系统参数max_write_lock_count设置一个合适的值，当一个表的读锁达到这个值后，MySQL就暂时将写请求的优先级下降，给读进程必定得到锁的机会。上面已经讨论了写优先调度机制带来的问题和解决办法。这里还要强调一点：一些须要长时间运行的查询操做，也会使写进程“饿死”！所以，应用中应尽可能避免出现长时间运行的查询操做，不要总想用一条SELECT语句来解决问题，由于这种看似巧妙的SQL语句，每每比较复杂，执行时间较长，在可能的状况下能够经过使用中间表等措施对SQL语句作必定的“分解”，使每一步查询都能在较短期完成，从而减小锁冲突。若是复杂查询不可避免，应尽可能安排在数据库空闲时段执行，好比一些按期统计能够安排在夜间执行。

InnoDB

InnoDB与MyISAM的最大不一样有两点：一是支持事务（TRANSACTION）；二是采用了行级锁。行级锁与表级锁原本就有许多不一样之处，另外，事务的引入也带来了一些新问题。

事务概念

学习Spring的时候，通常经过注解@Transitional就能启动spring的事务管理，在MySQL中也一样支持事务的四个原则ACID：

A(Atomicity)原子性: 事务是一个原子操做单元，其对数据的修改，要么全都执行，要么全都不执行。
C(Consistent)一致性： 在事务开始和完成时，数据都必须保持一致状态。这意味着全部相关的数据规则都必须应用于事务的修改，以保持数据的完整性；事务结束时，全部的内部数据结构（如B树索引或双向链表）也都必须是正确的。
I(Isolation)隔离性： 数据库系统提供必定的隔离机制，保证事务在不受外部并发操做影响的“独立”环境执行。这意味着事务处理过程当中的中间状态对外部是不可见的，反之亦然。
D(Durable)持久性： 事务完成以后，它对于数据的修改是永久性的，即便出现系统故障也可以保持。

并发事务处理带来的问题

相对于串行处理来讲，并发事务处理能大大增长数据库资源的利用率，提升数据库系统的事务吞吐量，从而能够支持更多的用户。但并发事务处理也会带来一些问题，主要包括如下几种状况。

更新丢失（Last update）：A和B同时对一行数据进行处理，A修改后进行保存，而后B修改后进行保存，这样A的更新被覆盖了，至关于发生丢失更新的问题。因此能够在A事务未结束前，B不能访问该记录，这样就能避免更新丢失的问题。
脏读（Dirty Reads）：A事务在对一条记录作修改，但还未提交，这条记录处于不一致的状态；这时，B事务也来读同一条记录，这时若是没有加控制，B读了未修改前的数据，并根据该数据进行进一步处理，就会产生未提交的数据依赖关系。这种现象叫作“脏读”
不可重复读（Non-Repeatable Reads）：B事务在读取某些数据后的某个时间，再次读取之前读过的数据，却发现其读出的数据已经发生了改变（被更新或者删除了，例如A事务修改了）。这种现象叫作“不可重复读”。
幻读（Phantom Reads)：A事务按照相同查询条件，从新读取以前检索过得内容，却发现其它事务插入或修改其查询条件的新数据，这种现象就叫”幻读“。

事务的隔离级别

数据库的事务隔离越严格，并发反作用越小，但付出的代价也就越大，由于事务隔离实质上就是使事务在必定程度上 “串行化”进行，这显然与“并发”是矛盾的。同时，不一样的应用对读一致性和事务隔离程度的要求也是不一样的，好比许多应用对“不可重复读”和“幻读”并不敏感，可能更关心数据并发访问的能力。

4种隔离级别比较

读数据一致性及容许的并发反作用隔离级别	读数据一致性	脏读	不可重复读	幻读
未提交读（Read uncommitted)	最低级别，只能保证不读取物理上损害的数据	是	是	是
已提交读（Read committed）	语句级	否	是	是
可重复读（Repeatable read）	事务级	否	否	是
可序列化（Serializable）	最高级别，事务级	否	否	否

获取InnoDB行锁争用状况

检查InnoDB_row_lock状态变量来分析：

mysql> show status like 'InnoDB_row_lock%';
+-------------------------------+-------+
| Variable_name                 | Value |
+-------------------------------+-------+
| Innodb_row_lock_current_waits | 0     |
| Innodb_row_lock_time          | 0     |
| Innodb_row_lock_time_avg      | 0     |
| Innodb_row_lock_time_max      | 0     |
| Innodb_row_lock_waits         | 0     |
+-------------------------------+-------+
5 rows in set (0.00 sec)
复制代码

若是InnoDB_row_lock_waits和InnoDB_row_lock_time_avg的值比较高，表示锁争用状况比较严重。

InnoDB的行锁模式以及加锁方法

InnoDB实现了一下两种类型的行锁：

共享锁(S)：容许一个事务去多一行，阻止其它事务得到相同数据集的排他锁。
排他锁(X): 容许得到排他锁的事务更新数据，阻止其它事务得到相同数据集的共享锁和排他写锁。

另外，为了容许行锁和表锁共存，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。（感受与MyISAM的表锁机制相似）

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。

InnoDB行锁模式兼容性列表:

请求锁模式矩阵结果表示是否兼容当前锁模式	X	IX	S	IS
X	冲突	冲突	冲突	冲突
IX	冲突	兼容	冲突	兼容
S	冲突	冲突	兼容	兼容
IS	冲突	兼容	兼容	兼容

若是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，若是二者不兼容，该事务就要等待锁释放。意向锁是InnoDB自动加的；对于UPDATE、DELETE和INSERT语句，InnoDB会自动给设计数据集加排他锁（X）；对于普通的SELECT语句，InnoDB不会加锁。能够经过如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得到共享锁，主要用在须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操做。可是若是当前事务也须要对该记录进行更新操做，则颇有可能形成死锁，对于锁定行记录后须要进行更新操做的应用，应该使用SELECT... FOR UPDATE方式得到排他锁。

因此在使用共享锁模式下，查询完数据后不要进行更新操做，否则又可能会形成死锁；要更新数据，应该使用排他锁模式。

InnoDB行锁实现方式

InnoDB行锁是经过给索引上的索引项加锁来实现的，这一点MySQL与Oracle不一样，后者是经过在数据块中对相应数据行加锁来实现的。InnoDB这种行锁实现特色意味着：只有经过索引条件检索数据，InnoDB才使用行级锁，不然，InnoDB将使用表锁！(这个问题遇到过，因为没加索引，行锁变表锁）

在不经过索引条件查询的时候，InnoDB确实使用的是表锁，而不是行锁。
因为MySQL的行锁是针对索引加的锁，不是针对记录加的锁，因此虽然是访问不一样行的记录，可是若是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，不一样的事务可使用不一样的索引锁定不一样的行，另外，不管是使用主键索引、惟一索引或普通索引，InnoDB都会使用行锁来对数据加锁。
即使在条件中使用了索引字段，可是否使用索引来检索数据是由MySQL经过判断不一样执行计划的代价来决定的，若是MySQL认为全表扫描效率更高，好比对一些很小的表，它就不会使用索引，这种状况下InnoDB将使用表锁，而不是行锁。

能够经过explain执行计划查看是否真正使用了索引。

间隙锁（Next-key锁）

当咱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，叫作“间隙（GAP)”，InnoDB也会对这个“间隙”加锁，这种锁机制就是所谓的间隙锁（Next-Key锁）。

举个🌰：

假如emp表中只有101条记录，其id的值从1~101，下面的sql： select * from emp where id > 100 for update; 是范围条件查询，InnoDB不只会对符合条件的id值为101的记录加锁，也会对id大于101（并不存在的值）的“间隙”加锁。

结论：

很显然，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，这每每会形成严重的锁等待。所以，在实际应用开发中，尤为是并发插入比较多的应用，咱们要尽可能优化业务逻辑，尽可能使用相等条件来访问更新数据，避免使用范围条件。

关于死锁（DeadLock)

上面知识点说过，MyISAM表锁是deadlock free的，这是由于MyISAM老是一次得到所需的所有锁，要么所有知足，要么等待，所以不会出现死锁。但在InnoDB中，除单个SQL组成的事务外，锁是逐步或得的，因此InnoDB发生死锁是可能的。

举个🌰：

session A	session B
mysql> set autocommit = 0; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) mysql> select * from table_1 where where id=1 for update; ... 作一些其余处理...	mysql> set autocommit = 0; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) mysql> select * from table_2 where id=1 for update; ...
select * from table_2 where id =1 for update; 因session_2已取得排他锁，等待	作一些其余处理...
	mysql> select * from table_1 where where id=1 for update; 死锁

也就是咱们死锁产生的条件，互相持有资源不释放，还有环形等待。

发生死锁后，InnoDB通常都能自动检测到，并使一个事务释放锁并回退，另外一个事务得到锁，继续完成事务。但在涉及外部锁，或涉及表锁的状况下，InnoDB并不能彻底自动检测到死锁，这须要经过设置锁等待超时参数 innodb_lock_wait_timeout来解决。须要说明的是，这个参数并非只用来解决死锁问题，在并发访问比较高的状况下，若是大量事务因没法当即得到所需的锁而挂起，会占用大量计算机资源，形成严重性能问题，甚至拖跨数据库。咱们经过设置合适的锁等待超时阈值，能够避免这种状况发生。

避免死锁的方法

在应用中，若是不一样的程序会并发存取多个表，应尽可能约定以相同的顺序来访问表，这样能够大大下降产生死锁的机会。在下面的例子中，因为两个session访问两个表的顺序不一样，发生死锁的机会就很是高！但若是以相同的顺序来访问，死锁就能够避免。
在程序以批量方式处理数据的时候，若是事先对数据排序，保证每一个线程按固定的顺序来处理记录，也能够大大下降出现死锁的可能。
在事务中，若是要更新记录，应该直接申请足够级别的锁，即排他锁，而不该先申请共享锁，更新时再申请排他锁，由于当用户申请排他锁时，其余事务可能又已经得到了相同记录的共享锁，从而形成锁冲突，甚至死锁。
在REPEATABLE-READ隔离级别下，若是两个线程同时对相同条件记录用SELECT...FOR UPDATE加排他锁，在没有符合该条件记录状况下，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，若是两个线程都这么作，就会出现死锁。这种状况下，将隔离级别改为READ COMMITTED，就可避免问题。
当隔离级别为READ COMMITTED时，若是两个线程都先执行SELECT...FOR UPDATE，判断是否存在符合条件的记录，若是没有，就插入记录。此时，只有一个线程能插入成功，另外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，却会得到一个排他锁！这时若是有第3个线程又来申请排他锁，也会出现死锁。
- 对于这种状况，能够直接作插入操做，而后再捕获主键重异常，或者在遇到主键重错误时，老是执行ROLLBACK释放得到的排他锁

小结

这是一篇学习文章，关于MySQL的锁机制又多了几分了解，之后在写SQL和排查问题时候，尽可能避免死锁和更快定位问题所在。

参考文章

mysql什么状况下会触发表锁