MySQL实战45讲学习笔记：第六讲

1、今日内容概要

今天我要跟你聊聊 MySQL 的锁。数据库锁设计的初衷是处理并发问题。做为多用户共享的资源，当出现并发访问的时候，数据库须要合理地控制资源的访问规则。而锁就是用来
实现这些访问规则的重要数据结构。

根据加锁的范围，MySQL 里面的锁大体能够分红全局锁、表级锁和行锁三类。今天这篇文章，我会和你分享全局锁和表级锁。而关于行锁的内容，我会留着在下一篇文章中再和
你详细介绍。

这里须要说明的是，锁的设计比较复杂，这两篇文章不会涉及锁的具体实现细节，主要介绍的是碰到锁时的现象和其背后的原理。

2、全局锁

一、什么是全局锁

顾名思义，全局锁就是对整个数据库实例加锁。
MySQL 提供了一个加全局读锁的方法，命令是 Flush tables with read lock (FTWRL)。当你须要让整个库处于只读状态的时候，可使用这个命令，
以后其余线程的如下语句会被阻塞：

• 一、数据更新语句（数据的增删改）
• 二、数据定义语句（包括建表、修改表结构等）
• 三、更新类事务的提交语句。

二、全局锁的典型使用场景？

全局锁的典型使用场景是，作全库逻辑备份、也就是把整库每一个表都 select 出来存成文本。

三、加全局锁不太好

之前有一种作法，是经过 FTWRL 确保不会有其余线程对数据库作更新，而后对整个库作备份。注意，在备份过程当中整个库彻底处于只读状态。
可是让整库都只读，听上去就很危险：

1. 若是你在主库上备份，那么在备份期间都不能执行更新，业务基本上就得停摆；
2. 若是你在从库上备份，那么备份期间从库不能执行主库同步过来的 binlog，会致使主从延迟

看来加全局锁不太好。可是细想一下，备份为何要加锁呢？咱们来看一下不加锁会有什么问题。

四、备份为何要加锁？不加锁会有什么问题？

假设你如今要维护“极客时间”的购买系统，关注的是用户帐户余额表和用户课程表。如今发起一个逻辑备份。假设备份期间，有一个用户，他购买了一门课程，业务逻辑里就
要扣掉他的余额，而后往已购课程里面加上一门课。

若是时间顺序上是先备份帐户余额表 (u_account)，而后用户购买，而后备份用户课程表(u_course)，会怎么样呢？你能够看一下这个图：

能够看到，这个备份结果里，用户 A 的数据状态是“帐户余额没扣，可是用户课程表里面已经多了一门课”。若是后面用这个备份来恢复数据的话，用户 A 就发现，本身赚了。

做为用户可别以为这样可真好啊，你能够试想一下：若是备份表的顺序反过来，先备份用户课程表再备份帐户余额表，又可能会出现什么结果？

也就是说，不加锁的话，备份系统备份的获得的库不是一个逻辑时间点，这个视图是逻辑不一致的。

五、mysqldump备份过程当中数据是能够正常更新的

说到视图你确定想起来了，咱们在前面讲事务隔离的时候，实际上是有一个方法可以拿到一致性视图的，对吧？

是的，就是在可重复读隔离级别下开启一个事务。

备注：若是你对事务隔离级别的概念不是很清晰的话，能够再回顾一下第 3篇文章《事务隔离：为何你改了我还看不见？》中的相关内容。

官方自带的逻辑备份工具是 mysqldump。当 mysqldump 使用参数–single-transaction的时候，导数据以前就会启动一个事务，来确保拿到一致性视图。而因为 MVCC 的支持，
这个过程当中数据是能够正常更新的。

六、有了mysqldump这个功能，为何还须要 FTWRL 呢？

一致性读是好，但前提是引擎要支持这个隔离级别。好比，对于 MyISAM 这种不支持事务的引擎，若是备份过程当中有更新，老是只能取到最新的数据，
那么就破坏了备份的一致性。这时，咱们就须要使用FTWRL 命令了。

因此，single-transaction 方法只适用于全部的表使用事务引擎的库。若是有的表使用了不支持事务的引擎，那么备份就只能经过 FTWRL 方法。
这每每是 DBA 要求业务开发人员使用 InnoDB 替代 MyISAM 的缘由之一。

七、既然要全库只读，为何不使用 set global readonly=true 的方式呢？

你也许会问，既然要全库只读，为何不使用 set global readonly=true 的方式呢？确实 readonly 方式也可让全库进入只读状态，但我仍是会建议你用 FTWRL 方式，主要
有两个缘由：

• 一是，在有些系统中，readonly 的值会被用来作其余逻辑，好比用来判断一个库是主库仍是备库。所以，修改 global 变量的方式影响面更大，我不建议你使用。
• 二是，在异常处理机制上有差别。若是执行 FTWRL 命令以后因为客户端发生异常断开，那么 MySQL 会自动释放这个全局锁，整个库回到能够正常更新的状态。而将整个 库设置为 readonly 以后，若是客户端发生异常，则数据库就会一直保持 readonly 状态，这样会致使整个库长时间处于不可写状态，风险较高。

业务的更新不仅是增删改数据（DML)，还有多是加字段等修改表结构的操做（DDL）。不管是哪一种方法，一个库被全局锁上之后，你要对里面任何一个表作加字段操做，都是会被锁住的。

可是，即便没有被全局锁住，加字段也不是就能一路顺风的，由于你还会碰到接下来咱们要介绍的表级锁。

3、表级锁

MySQL 里面表级别的锁有两种：一种是表锁，一种是元数据锁（meta data lock，MDL)

一、表锁

表锁的语法是 lock tables … read/write。与 FTWRL 相似，能够用 unlock tables 主动释放锁，也能够在客户端断开的时候自动释放。须要注意，lock tables 语法除了会限制别
的线程的读写外，也限定了本线程接下来的操做对象。

举个例子, 若是在某个线程 A 中执行 lock tables t1 read, t2 write; 这个语句，则其余线程写 t一、读写 t2 的语句都会被阻塞。同时，线程 A 在执行 unlock tables 以前，也只能执
行读 t一、读写 t2 的操做。连写 t1 都不容许，天然也不能访问其余表。

在尚未出现更细粒度的锁的时候，表锁是最经常使用的处理并发的方式。而对于 InnoDB 这种支持行锁的引擎，通常不使用 lock tables 命令来控制并发，毕竟锁住整个表的影响面
仍是太大。

二、元数据锁

另外一类表级的锁是 MDL（metadata lock)。MDL 不须要显式使用，在访问一个表的时

候会被自动加上。MDL 的做用是，保证读写的正确性。你能够想象一下，若是一个查询正在遍历一个表中的数据，而执行期间另外一个线程对这个表结构作变动，删了一列，那么查
询线程拿到的结果跟表结构对不上，确定是不行的。

所以，在 MySQL 5.5 版本中引入了 MDL，当对一个表作增删改查操做的时候，加 MDL读锁；当要对表作结构变动操做的时候，加 MDL 写锁。

• 读锁之间不互斥，所以你能够有多个线程同时对一张表增删改查。
• 读写锁之间、写锁之间是互斥的，用来保证变动表结构操做的安全性。所以，若是有两个线程要同时给一个表加字段，其中一个要等另外一个执行完才能开始执行。

三、给一个小表加个字段，致使整个库挂了。

虽然 MDL 锁是系统默认会加的，但倒是你不能忽略的一个机制。好比下面这个例子，我常常看到有人掉到这个坑里：给一个小表加个字段，致使整个库挂了。

你确定知道，给一个表加字段，或者修改字段，或者加索引，须要扫描全表的数据。在对大表操做的时候，你确定会特别当心，以避免对线上服务形成影响。而实际上，即便是小
表，操做不慎也会出问题。咱们来看一下下面的操做序列，假设表 t 是一个小表。

备注：这里的实验环境是 MySQL 5.6。

咱们能够看到 session A 先启动，这时候会对表 t 加一个 MDL 读锁。因为 session B 须要的也是 MDL 读锁，所以能够正常执行。

以后 session C 会被 blocked，是由于 session A 的 MDL 读锁尚未释放，而 sessionC 须要 MDL 写锁，所以只能被阻塞。

若是只有 session C 本身被阻塞还没什么关系，可是以后全部要在表 t 上新申请 MDL 读锁的请求也会被 session C 阻塞。前面咱们说了，全部对表的增删改查操做都须要先申请
MDL 读锁，就都被锁住，等于这个表如今彻底不可读写了。

若是某个表上的查询语句频繁，并且客户端有重试机制，也就是说超时后会再起一个新session 再请求的话，这个库的线程很快就会爆满。

你如今应该知道了，事务中的 MDL 锁，在语句执行开始时申请，可是语句结束后并不会立刻释放，而会等到整个事务提交后再释放。

基于上面的分析，咱们来讨论一个问题，如何安全地给小表加字段？

四、如何安全的给小表加字段

首先咱们要解决长事务，事务不提交，就会一直占着 MDL 锁。在 MySQL 的information_schema 库的 innodb_trx 表中，你能够查到当前执行中的事务。若是你要
作 DDL 变动的表恰好有长事务在执行，要考虑先暂停 DDL，或者 kill 掉这个长事务。

但考虑一下这个场景。若是你要变动的表是一个热点表，虽然数据量不大，可是上面的请求很频繁，而你不得不加个字段，你该怎么作呢？

这时候 kill 可能未必管用，由于新的请求立刻就来了。比较理想的机制是，在 alter table语句里面设定等待时间，若是在这个指定的等待时间里面可以拿到 MDL 写锁最好，拿不
到也不要阻塞后面的业务语句，先放弃。以后开发人员或者 DBA 再经过重试命令重复这个过程。

MariaDB 已经合并了 AliSQL 的这个功能，因此这两个开源分支目前都支持 DDLNOWAIT/WAIT n 这个语法。

ALTER TABLE tbl_name NOWAIT add column ...
ALTER TABLE tbl_name WAIT N add column ... 

4、小结

今天，我跟你介绍了 MySQL 的全局锁和表级锁。

全局锁主要用在逻辑备份过程当中。对于所有是 InnoDB 引擎的库，我建议你选择使用–single-transaction 参数，对应用会更友好。

表锁通常是在数据库引擎不支持行锁的时候才会被用到的。若是你发现你的应用程序里有lock tables 这样的语句，你须要追查一下，比较可能的状况是：

• 要么是你的系统如今还在用 MyISAM 这类不支持事务的引擎，那要安排升级换引擎；
• 要么是你的引擎升级了，可是代码还没升级。我见过这样的状况，最后业务开发就是把lock tables 和 unlock tables 改为 begin 和 commit，问题就解决了。

MDL 会直到事务提交才释放，在作表结构变动的时候，你必定要当心不要致使锁住线上查询和更新。

最后，我给你留一个问题吧。备份通常都会在备库上执行，你在用–single-transaction 方法作逻辑备份的过程当中，若是主库上的一个小表作了一个 DDL，好比给一个表上加了一
列。这时候，从备库上会看到什么现象呢？

你能够把你的思考和观点写在留言区里，我会在下一篇文章的末尾和你讨论这个问题。感谢你的收听，也欢迎你把这篇文章分享给更多的朋友一块儿阅读。

说明：这篇文章没有介绍到物理备份，物理备份会有一篇单独的文章。

5、上期问题

上期的问题是关于对联合主键索引和 InnoDB 索引组织表的理解。我直接贴 @老杨同志 的回复略做修改以下（我修改的部分用橙色标出）：表记录

–a--|–b--|–c--|–d--
1 2 3 d
1 3 2 d
1 4 3 d
2 1 3 d
2 2 2 d
2 3 4 d

主键 a，b 的聚簇索引组织顺序至关于 order by a,b ，也就是先按 a 排序，再按 b 排序，c 无序。

索引 ca 的组织是先按 c 排序，再按 a 排序，同时记录主键–c--|–a--|–主键部分b-- （注意，这里不是 ab，而是只有 b）

2 1 3
2 2 2
3 1 2
3 1 4
3 2 1
4 2 3

这个跟索引 c 的数据是如出一辙的。

索引 cb 的组织是先按 c 排序，在按 b 排序，同时记录主键–c--|–b--|–主键部分a-- （同上）

2 2 2
2 3 1
3 1 2
3 2 1
3 4 1
4 3 2

因此，结论是 ca 能够去掉，cb 须要保留。