MySQL 中的锁机制

  技术是为了解决问题而生的,锁被用来实现隔离性,保证并发事务的正确性。下面将具体介绍一下锁机制。
  
  两段锁 & 一次封锁
  
  两段锁
  
  数据库遵循的是两段锁协议,将事务分成两个阶段,加锁阶段和解锁阶段(所以叫两段锁)
  
  加锁阶段:在加锁阶段只能进行加锁操作。
  
  如果事务要读取对象,必须先获得共享锁。可以有多个事务同时获得一个对象的共享锁
  
  如果事务要修改对象,必须先获得独占锁。只能有一个事务获得对象的独占锁。如果某个事务已经获得了对象的独占锁,则其他尝试获取锁(包括共享锁、独占锁)的事务必须等待,直到加锁成功才能继续执行
  
  解锁阶段:在解锁阶段只能进行解锁操作。
  
  事务要读取对象 ,必须先获得共享锁,这样防止幻读。事务要修改对象,必须先获得独占锁,这样防止脏写。
  
  两段锁可以这样来实现:事务开始后就处于加锁阶段,一直到执行 rollback 或 commit 之前都是加锁阶段。rollback 和 commit 使事务进入解锁阶段,即在 rollback 或 commit 时释放持有的锁。
  
  一次封锁
  
  一次封锁法遵守两段锁协议。
  
  一次封锁要求每个事务必须一次将所有要使用的数据全部加锁,否则就不能继续执行。
  
  一次封锁存在的问题:
  
  封锁时间被延长,并发度被降低:一次就将以后要用到的全部数据加锁,势必延长了封锁的时间,从而降低了系统的并发度。
  
  不适合用在数据库:一次封锁不适合用在数据库中,因为在事务开始阶段,数据库并不知道会用到哪些数据。
  
  一次封锁的好处:不会出现死锁。
  
  为什么要使用两段锁呢?用完直接释放锁不行吗?
  
  不行,用完直接释放会使事务的隔离性受到影响。具体介绍可以看下面的文章。Mysql 锁:灵魂七拷问 (youzan.com)
  
  两段锁 的优劣局限
  
  两段锁的优点 / 作用:
  
  解决事务并发问题:防止脏写、脏读 ......
  
  实现可串行化隔离:将两段锁与谓词锁结合使用,可以防止所有形式的写倾斜以及其他竞争条件,实现可串行化隔离
  
  性能和实际串行相比:相比于实际串行来说,使用两段锁时,多个事务可以并发读取同一个对象
  
  性能和一次封锁来比:相比于一次封锁,两段锁的锁定时间更短,事务并发性比一次封锁要好
  
  两段锁的缺点:
  
  性能:使用两段锁,事务吞吐量和查询响应时间相比于其他弱隔离级别下降非常多。部分原因在于锁的获取和释放本身的开销,但更重要的是其降低了事务的并发性。
  
  访问延迟具有非常大的不确定性:假如一个事务需要等待另一个事务释放锁,另一个事务释放锁的时机是不确定的,因此等待它释放锁的耗时是不确定的。
  
  死锁更加频繁:由于两段锁的加锁模式,死锁可能变得更为频繁。因而导致另一个性能问题,即如果事务由于死锁而被强行中止,应用层就必须从头重试,假如死锁过于频繁,则性能和效率必然大打折扣。
  
  数据库系统会自动检测死锁情况,并强行中止其中的一个事务以打破僵局
  
  由于使用了这么多的锁机制,所以很容易出现死锁现象 ,例如事务 A 可能在等待事务 B 释放它持有的锁, 而事务 B 在等待事务 A 释放它持有的锁。数据库系统会自动检测事务之间的死锁情况,并强行中止其中的一个事务以打破僵局,这样另一个可以继续向前执行 。而被中止的事务需要由应用层来重试。
  
  MySQL 提供的锁
  
  根据加锁的范围,MySQL 里面的锁大致可以分成全局锁、表级锁和行级锁三类。
  
  全局锁
  
  全局锁就是对整个数据库实例加锁。
  
  给数据库实例加全局锁的命令:flush tables with read lock;(FTWRL)
  
  释放锁的命令:unlock tables;(表级锁、行级锁释放也是这个命令)
  
  加上全局锁之后,整个数据库处于只读状态,其他线程的以下语句会被阻塞:
  
  数据更新语句(数据的增删改 insert、delete、update)
  
  数据定义语句(DDL、包括建表、修改表结构等)
  
  更新类事务的提交语句(更新类事务就是使用了类似 select * from t1 for update; 带 for update 的查询的事务)
  
  全局锁的典型使用场景是,做全库逻辑备份。也就是把整库每个表存成 .sql 类型的文件。
  
  全局锁的作用相当于是停止更新操作,拿到一个一致性视图。
  
  MySQL 的在可重复读隔离级别下开启一个事务也可以拿到一个一致性视图,并且后者可以做到不影响更新操作。
  
  官方自带了全量逻辑备份工具 mysqldump。
  
  当 mysqldump 使用参数 –single-transaction 的时候,就会使用基于 MVCC 机制的一致性视图。
  
  当 mysqldump 使用参数 –master-data 的时候,就会使用基于全局读锁的一致性视图。
  
  表级锁
  
  表级锁就是对表加锁。
  
  MySQL 里面表级别的锁有三种:
  
  表锁;
  
  元数据锁(meta data lock,MDL);
  
  意向锁。
  
  表锁
  
  表锁就是对整个数据表加锁。
  
  给数据表加表锁的命令:lock table 表名 read /write;
  
  释放表锁的命令和释放全局锁的命令一样,都是:unlock tables;。如果不手动释放表锁,在客户端断开的时候会自动释放表锁。
  
  需要注意的是,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作对象。
  
  举个例子,如果在线程 A 中执行 lock tables t1 read, t2 write; 这个语句,则其他线程写 t1、读写 t2 的语句都会被阻塞。同时,线程 A 在执行 unlock tables 之前,也只能执行读 t1、读写 t2 的操作。连写 t1 都不允许,自然也不能访问其他表。
  
  意向锁
  
  表锁分为:共享锁、独占锁。
  
  如果我们想对整个数据表加共享锁,首先要确保表中没有记录被加独占锁
  
  如果我们想对整个数据表加独占锁,首先要确保表中没有记录被加共享锁 / 独占锁
  
  那么我们该如何来判断表中是否有记录被加独占锁 / 独占锁呢?我们可以通过遍历所有记录的方式来查看表中有没有被加锁的记录,而遍历的方式太慢了。
  
  意向锁的提出就是为了加表级别的共享锁 和 独占锁时,快速判断表中的记录是否被上锁,以避免用遍历的方式来查看表中有没有被加锁的记录,提供判断速度。
  
  意向锁分为:意向共享锁、意向独占锁:
  
  当事务准备在某条记录上加 共享锁 时,需要先在表级别加一个 意向共享锁;
  
  当事务准备在某条记录上加 独占锁 时,需要先在表级别加一个 意向独占锁。
  
  这样,如果表级别存在 意向共享锁,就意味着表中有被加 共享锁 的记录;如果表级别存在 意向独占锁,就意味着表中有被加 独占锁 的记录。通过意向锁我们就可以快速判断表中是否有记录被加锁。
  
  元数据锁
  
  元数据锁(meta data lock,MDL)是 MySQL 5.5 版本引入的。
  
  MDL 不需要显式使用,在访问一个表的时候会被自动加 MDL 锁。
  
  MDL 锁分为:MDL 读锁、MDL 写锁:
  
  DML 操作(数据的增删改查:insert、delete、update、select)加 MDL 读锁
  
  DDL 操作(对表结构做变更操作)加 MDL 写锁。
  
  MDL 锁的加锁、释放锁的规则:
  
  MDL 读锁与 MDL 读锁互不干扰。
  
  MDL 写锁与 MDL 写锁、MDL 写锁与 MDL 读锁相互阻塞。用来保证变更表结构操作的安全性。
  
  MDL 锁使用两段锁:事务获得锁之后, 一直持有锁直到事务结束(包括提交或中止)。
  
  MDL 锁作用是:防止 DDL 操作和 DML 操作并发,保证变更表结构操作的安全性。
  
  需要注意的是,如果申请加 MDL 锁失败,那么再此之后的加锁申请都必须等待(公平锁机制,遵循先来先执行原则,先来的没有加锁成功,后来的不能加锁)。因此执行 DDL 操作时要格外注意,如果操作执行时间过长,后面的 DML 操作都将被阻塞较长时间。
  
  行级锁
  
  行级锁就是对记录加锁。
  
  行级锁又分为各种类型,不同类型的行级锁的作用也不同,行级锁分为:
  
  Record Lock:行锁,单个行记录的锁
  
  Gap Lock:间隙锁,作用于记录与记录之间的空隙,作用仅仅是为了防止满足搜索条件的记录插入空隙(防止插入幻影记录)
  
  Next-Key Lock:索引区间锁,本质是一个行锁 和 一个 Gap Lock 的结合体
  
  只在可重复读或以上隔离级别下的特定操作才会加间隙锁。在 加读写锁的 select、update 和 delete 时,除了基于唯一索引(主键索引也属于唯一索引)的查询之外,基于其他索引查询时都会加间隙锁。
  
  能够加 Gap Lock 的要求:
  
  必须是可重复读或以上隔离级别
  
  如果是 select,则必须以给读到的记录加读写锁的方式
  
  可重复读隔离级别下的 select ... for update、select ... lock in share mode
  
  可串行化隔离级别下的 select ...(加共享锁)以及上面两种手动加共享锁,排他锁的方式
  
  必须是能够走索引的查询,如果是全表扫描的查询那么没有办法加 Gap Lock。
  
  加锁规则:包含了两个 “原则”、两个 “优化” 和一个 “bug”。
  
  原则 1:加锁的基本单位是 next-key lock。next-key lock 是前开后闭区间。
  
  原则 2:查找过程中访问到的对象才会加锁。
  
  优化 1:索引上的等值查询,给唯一索引加锁的时候,next-key lock 退化为行锁。
  
  优化 2:索引上的等值查询,向右遍历时且最后一个值不满足等值条件的时候,next-key lock 退化为间隙锁。
  
  一个 bug:唯一索引上的范围查询会访问到不满足条件的第一个值为止。
  
  共享锁 & 独占锁
  
  表锁、元数据锁、行锁又都分为共享锁和独占锁。
  
  共享锁 - 共享锁兼容:如果事务要读取对象 ,必须先以共享模式获得锁。可以有多个事务同时获得一个对象的共享锁
  
  共享锁 - 独占锁、独占锁 - 独占锁互斥:如果事务要修改对象,必须先以独占模式获取锁。只能有一个事务获得对象的独占锁。如果某个事务已经获得了对象的独占锁,则其他尝试获取锁(包括共享锁、独占锁)的事务必须等待

作者:非常酷的大熊猫 原文地址:https://segmentfault.com/a/1190000042514142

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