mysql锁机制

绝地灬酷狼 2022-04-13 06:59 325阅读 0赞

### 一、MySQL 锁概述 ###

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。  
在数据库中，除传统的计算资源(如CPU、RAM、I/O等)的争用以外，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、有效性是所有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。从这个角度来说，锁对数据库而言显得尤其重要，也更加复杂。

MySQL 两种锁特性归纳 ：

*  表级锁：开销小，加锁快；无死锁；锁定粒度大，发生锁冲突的概率最高，并发度最低。
 *  行级锁：开销大，加锁慢；会出现死锁；锁定粒度小，发生锁冲突的概率最低，并发度也最高。
 *  页级锁：页级锁是MySQL中锁定粒度介于行级锁和表级锁中间的一种锁。表级锁速度快，但冲突多，行级冲突少，但速度慢。所以取了折衷的页级，一次锁定相邻的一组记录。BDB支持页级锁。 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，并发度一般

MySQL 不同的存储引擎支持不同的锁机制。

*  myisam 和 memory 存储引擎采用的是 表级锁； 
 *  innodb 存储引擎既支持行级锁，也支持表级锁，但默认情况下采用行级锁。
 *  BDB 存储引擎支持页级锁但已经逐渐被InnoDB替代了，这里暂不讨论

表级锁更适合于以查询为主，只有少量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量不同数据，同时又有并发查询的应用。

### 二、 myisam 表锁 ###

**1. 查询表级锁争用情况**

可以通过检查 table\_locks\_waited 和 table\_locks\_immediate 状态变量来分析系统上的表锁定争夺：

MySQL [sakila]> show status like 'table_locks%';
    +-----------------------+-------+
    | Variable_name         | Value |
    +-----------------------+-------+
    | Table_locks_immediate | 100   |
    | Table_locks_waited    | 0     |
    +-----------------------+-------+

如果 table\_locks\_waited 的值比较高，则说明存在着较严重的表级锁争用情况。

**2. MySQL 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）。

`对 myisam 表的读操作，不会阻塞其他用户对同一表的读请求，但会阻塞对同一表的写请求；对 myisam 表的写操作，则会阻塞其他用户对同一表的读和写操作；myisam 表的读操作和写操作之间，以及写操作之间时串行的。`

当一个线程获得对一个表的写锁户，只有持有锁的线程可以对表进行更新操作，其他线程的读、写操作都会等待，直到锁被释放。

**3. 加锁**

myisam 在执行查询语句（select）前，会自动给涉及的所有表加读锁，在执行更新操作（update、delete、insert等）前，会自动给涉及的表加写锁，这个过程并不需要直接用 lock table 命令给 myisam 表显示加锁。`给 myisam 表显式加锁，一般是为了在一定程度模拟事务操作`   
myisam 在自动加锁的情况下，总是一次获得 sql 语句所需要的全部锁，所以显示锁表的时候，必须同时取得所有涉及表的锁，这也正是 myisam 表不会出现死锁（deadlock）的原因。

注意：在使用 lock tables 时，不仅需要一次锁定用到的所有表，而且，同一个表在 sql 语句中出现多少次，就要通过与 sql 语句中相同的别名锁定多少次，否则会报错。

**4. 并发插入（concurrent inserts）**

myisam 表的读和写是串行的，但这是就总体而言的。在一定条件下，myisam 表也支持查询和插入操作的并发进行。   
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，其值分别可以为0,1,2。

*  当 concurrent\_insert 设置为 0 时，不允许并发插入。
 *  当 concurrent\_insert 设置为 1 时，如果 myisam 表中没有空洞（即表的中间没有被删除的行），myisam 允许在一个进程读表的同时，另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，无论 myisam 表中有没有空洞，都允许在表尾并发插入记录。

**5. myisam 的锁调度**

myisam 存储引擎的读锁和写锁是互斥的，读写操作时串行的。当一个进程请求某个 myisam 表的读锁，同时另一个进程也请求同一表的写锁时，写进程会先获得锁。不仅如此，即使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之前，这是因为 mysql 认为写请求一般比读请求重要。这也正是` myisam 表不太适合有大量更新操作和查询操作应用`的原因，因为，大量的更新操作会造成查询操作很难获得读锁，从而可能永远阻塞。

通过一些参数设置可以调节 MySQL 的默认调度行为：

*  通过指定启动参数 low-priority-updates, 使 myisam 引擎默认给予读请求以优先的权利。
 *  通过执行命令 set low\_priority\_updates = 1, 使该连接发出的更新请求优先级降低。
 *  通过指定 insert、update、delete 语句的 low\_priority 属性，降低该语句的优先级。

上述方式都是要么更新优先，要么查询优先，MySQL 也提供了一种折中的办法调节读写冲突：

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降低，给读进程一定获得锁的机会。

### 三、 InnoDB 锁 ###

innodb 与 myisam 的最大不同有两点，一是支持事务（transaction），二是采用了行级锁。

**1. 并发事务处理存在的问题**

相对于串行处理来说，并发事务处理能力大大增加数据库资源的利用率，提高数据库系统事务吞吐量，从而可以支持更多的用户，但并发事务处理也会带来一些问题：

*  更新丢失（lost update）

当两个或多个事务选择同一行，然后基于最初选定的值更新该行时，由于每个事务都不知道其他事务的存在，就会发生丢失更新问题，最后的更新覆盖了由其他事务所做的更新。

*  脏读（dirty reads）

一个事务正在对一条记录做修改，在这个事务完成并提交前，这条记录的数据就处于不一致状态；这时，另一个事务也来读取同一条记录，如果不加控制，第二个事务读取了这些“脏”数据，并据此作进一步的处理，就会产生未提交的数据依赖关系。

*  不可重复读（non-repeatable reads）

一个事务在读取某些数据后的某个时间，再次读取以前读过的数据，却发现其读出的数据已经发生了改变或某些记录已经被删除了！这种现象就是“不可重复读”。

*  幻读（phantom reads）

一个事务按相同的查询条件重新读取以前检索过的数据，却发现其他事务插入了满足其查询条件的新数据，这种现象称为“幻读”。

**2. 事务隔离级别**

并发事务处理带来的问题中，“更新丢失”，只通过mysql事务是避免不了的，需要应用程序对要更新的数据加必要的锁来解决。   
“脏读”，“不可重复读”和“幻读”， 其实都是数据库读一致性问题，必须由数据库提供一定的事务隔离机制来解决。

数据库的事务隔离越严格，并发副作用越小，但付出的代价也就越大。这是因为事务隔离实质上是将事务在一定程度上"串行"进行，这显然与"并发"是矛盾的。根据自己的业务逻辑，权衡能接受的最大副作用。从而平衡了"隔离" 和 "并发"的问题。MySQL默认隔离级别是可重复读。脏读，不可重复读，幻读，其实都是数据库读一致性问题，必须由数据库提供一定的事务隔离机制来解决。

+------------------------------+---------------------+--------------+--------------+--------------+
    | 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            | 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           |
    +------------------------------+---------------------+--------------+--------------+--------------+

查看当前数据库的事务隔离级别：show variables like 'tx\_isolation';

**3. 查看 Innodb 行锁争用情况**

可以通过检查 innodb\_row\_lock 状态变量来分析系统上的行锁的争夺情况：

如果发现锁争用比较严重，如 Innodb\_row\_lock\_waits 和 Innodb\_row\_lock\_time\_avg 的值比较高，可以通过查询 information\_schema 数据库中相关的表来查看锁情况，或者通过设置 innodb monitors 来进一步观察。

(1)查询 information\_schema 数据库中的表了解锁等待

MySQL [sakila]> use information_schema
    Database changed
    MySQL [information_schema]> select * from innodb_locks \G;

(2) 通过设置 innodb monitors 观察锁冲突情况

MySQL [sakila]> create table innodb_monitor (a int) engine=innodb;
    Query OK, 0 rows affected (0.05 sec)
    
    show engine innodb status \G;

**4. innodb 的行锁模式及加锁方法**

Innodb 实现了两种类型的行锁：

*  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，阻止其他事务获取相同数据集的共享读锁和排他写锁。

另外，为了允许行锁和表锁共存，事项多粒度锁机制，innodb 还有两种内部使用的意向锁，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。
 *  意向排它锁（IX）: 事务打算给数据行加行排它锁，事务在给一个数据行加排它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。   
意向锁是 innodb 自动加的，不需要用户干预。对于 update、delete 和 insert 语句，innodb 会自动给涉及数据集加排它锁（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式给记录集加共享锁或排它锁。

*  共享锁（S）：select \* from table\_name where ... lock in share mode.
 *  排它锁（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。

**5. next-key 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 也会对这个“间隙”加锁，这种锁机制就是所谓的 next-key 锁。

举例来说，假如 emp 表中只有 101 条记录，其 id 的值分别是1、2、...、100、101，下面的 sql:

# 这是一个范围条件的检索，innodb 不仅会对符合条件的 id 值为 101 的记录加锁，也会对 id 大于 101（这些记录并不存在）的“间隙”加锁。
    select * from emp where id > 100 for update;

为什么使用 next-key 锁

innodb 使用 next-key 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，对于上面的例子，要是不使用间隙锁，如果其他事务插入了 id 大于 100 的任何记录，那么本事务如果再次执行上述语句，就会发生幻读；另一方面，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，`在实际开发中，尤其是并发插入比较多的应用，应该尽量优化业务逻辑，尽量使用相等条件来访问更新数据，避免使用范围条件。`

innodb 除了通过范围条件加锁时使用 next-key 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 next-key 锁！

**6.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。

### 四、优化建议 ###

*  尽可能让所有数据检索都通过索引来完成，避免无索引行锁升级为表锁
 *  合理设计索引，尽量缩小锁的范围
 *  尽可能较少检索条件，避免间隙锁
 *  尽量控制事务大小，减少锁定资源量和时间长度
 *  尽可能低级别事务隔离