《MySQL实战45讲》——学习笔记06-07 “全局锁、表锁、行锁“

你的名字 2023-09-27 08:12 125阅读 0赞

根据加锁的范围，MySQL 里面的锁大致可以分成**全局锁、表级锁和行锁**三类；下面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；

####  ####

### 06 | 全局锁和表锁 ：给表加个字段怎么有这么多阻碍？ ###

#### 全局锁 ####

> 全局锁就是**对整个数据库实例加锁**；此状态下，其他线程的以下语句会被阻塞：数据更新语句(DML)（数据的增删改）、数据定义语句(DDL)（包括建表、修改表结构等）和更新类事务的提交语句；

MySQL 提供了一个加全局读锁的方法，命令是 Flush tables with read lock (FTWRL)；当需要让整个库处于只读状态的时候，可以使用这个命令，全局锁的典型使用场景是，**做全库逻辑备份，在备份过程中整个库完全处于只读状态；**

**备份为什么要加锁呢？**

考虑一种场景：先备份用户的账户，例如金额为200，然后此时发生购买行为，用户多了一件商品，金额变成100，但是金额已经备份成了200，接下来急需备份用户的商品，新购买的商品被加入备份，导致最终备份结果呈现的逻辑为"用户凭空多了一件商品"；

**能否不加全局锁？**

加表锁导致的问题还是挺大的：如果在主库上备份，那么在备份期间都不能执行更新，业务基本上就得停摆；如果在从库上备份，那么备份期间从库不能执行主库同步过来的 binlog，会导致**主从延迟**；

上述备份过程中逻辑错误的原因：**系统备份得到的库不是一个逻辑时间点，这个视图是逻辑不一致的**；其实是有一个方法能够拿到一致性视图的——可重复读隔离级别；

官方自带的逻辑备份工具是mysql dump；当mysql dump使用参数–single-transaction的时候，导数据之前就会启动一个事务，来确保拿到一致性视图；而由于MVCC的支持，这个过程中数据是可以正常更新的；

**有了mysql dump这个备份工具，为什么还需要 FTWRL 呢？**

single-transaction 方法**只适用于所有的表使用事务引擎的库**；如果有的表使用了不支持事务的引擎，那么备份就只能通过 FTWRL 方法；这往往是 DBA 要求业务开发人员使用 InnoDB 替代 MyISAM 的原因之一；

**既然要全库只读，为什么不使用 set global readonly=true 的方式呢？**

确实 readonly 方式也可以让全库进入只读状态，但还是建议 FTWRL 方式，主要有两个原因：

（1）在有些系统中，readonly 的值会被用来做其他逻辑，比如用来判断一个库是主库还是备库；因此，修改 global 变量的方式影响面更大，不建议使用；

（2）在异常处理机制上有差异；如果执行 FTWRL 命令之后由于客户端发生异常断开，那么 MySQL **会自动释放这个全局锁**，整个库回到可以正常更新的状态；而将整个库设置为 readonly 之后，如果客户端发生异常，则数据库就会**一直保持 readonly 状态**，这样会导致整个库长时间处于不可写状态，风险较高；

#### 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)；

####  **1. 表锁** ####

表锁的语法是lock tables…read/write；与FTWRL类似，可以用unlock tables主动释放锁，也可以在客户端断开的时候自动释放；在还没有出现更细粒度的锁的时候，表锁是最常用的处理并发的方式；

**表锁读写的示例**

**lock tables语法除了会限制别的线程的读写，也限制当前线程**；示例如下：

**case1**：线程A中执行lock tables t1 read，即在线程A中对t1表上加读锁；

> 结论为：  
> （1）对于其他线程，进行读t1时，可以正常读，原因是读锁是**共享锁**，线程A对表t1加上read lock后，其他线程可以拿到表t1的读锁，因此其他线程可以读表t1；  
> （2）对于其他线程，进行写t1时，出现了阻塞情况，原因是当前t1表的锁被线程A持有，其他线程拿不到表t1的写锁；  
> （3）对于当前线程A，进行写t1时，出现了阻塞情况，原因是当前t1表的读锁未被释放，无法进行写操作；  
> （4）对于当前线程A，进行读其他表时，出现了阻塞情况，原因是线程A对表t1加了读锁，在未解锁前，不能操作其他表；

**case2**：线程A中执行lock tables t1 write，即在线程A中对t1表上加写锁；

> （1）对于其他线程，进行读和写t1时，出现了阻塞情况，原因是由于写锁是**排他锁**，线程A对mylock表加锁且未释放时，其他线程(会话)拿不到表t1的锁，是不能对表t1进行更新操作的；  
> （2）对于当前线程A，可以对表t1进行读和写操作；即线程A对表t1加写锁，线程A对对表t1的读写操作都执行正常；  
> （3）对于当前线程A，进行读其他表时，出现了阻塞情况，原因是线程A中表t1的写锁并未被释放，无法对其他表CRUD，即除了锁这张表t1，还锁了当前线程A；

因此，对于InnoDB这种支持行锁的引擎，一般不使用lock tables命令来控制并发，毕竟表锁的影响面还是太大，既限制其他线程也限制当前线程；

参考：[mysql之表锁 - 走看看][mysql_ -]

**尽量避免使用表锁**

表锁一般是在数据库引擎不支持行锁的时候才会被用到的；

如果你发现你的应用程序里有lock tables这样的语句，比较可能的情况是：要么是你的系统现在还在用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，但是代码还没升级；

最终，需要业务开发把lock tables和unlock tables改成begin和commit语句，问题就解决了；

#### 2. 元数据锁 ####

另一类表级的锁是MDL（metadata lock)；MDL不需要显式使用，在访问一个表的时候会被自动加上；MDL的作用是，保证读写的正确性；

你可以想象一下，如果一个查询正在遍历一个表中的数据，而执行期间另一个线程对这个表结构做变更，删了一列，那么查询线程拿到的结果跟表结构对不上，肯定是不行的；因此，在MySQL 5.5版本中引入了MDL，**当对一个表做增删改查操作的时候，加MDL读锁；当要对表做结构变更操作的时候，加MDL写锁**；

> （1）读锁之间不互斥，因此可以有多个线程同时对一张表增删改查；
> 
> （2）读写锁之间、写锁之间是互斥的，用来保证变更表结构操作的安全性；

因此，如果有两个线程要同时给一个表加字段，其中一个要等另一个执行完才能开始执行；

**修改表结构的示例**

来看一下下面的操作序列，假设表t是一个小表；备注：这里的实验环境是MySQL5.6；

![f433dc24620d40cb987d620182518225.png][]

> 事务中的MDL锁，在语句执行开始时申请，但是语句结束后并不会马上释放，而会等到整个事务提交后再释放；

1. sessionA先启动，这时候会对表t加一个MDL读锁；注意sessionA开启了事务，但是事务还未提交；  
2. 由于sessionB需要的也是MDL读锁，因此可以正常执行；  
3. 之后sessionC会被blocked，是因为sessionA的MDL读锁还没有释放，而sessionC需要MDL写锁，因此只能被阻塞；  
4. **最重要的一点**：如果只有sessionC自己被阻塞还没什么关系，但是**之后所有要在表t上新申请MDL读锁的请求也会被sessionC阻塞**；

**为什么呢？**为什么sessionC后面的命令不能先去获取MDL读锁呢？因为MYSQL有类似维护命令的队列来避免并发下的锁竞争；（个人理解，类似JAVA的AQS框架，避免羊群效应）

![052dd5ffdd044f9b8885b7301d8f5596.png][]

我们知道对表的增删改查操作都需要先申请MDL读锁，但由于sessionC的原因，导致后面的操作都被阻塞，等于这个表现在完全不可读写了；如果某个表上的查询语句频繁，哪怕这个表的数据量不大，而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；

**Online DDL？**

![e87cfb28160d4ffa84261602b5f3a6c9.png][]

**如何安全地给小表加字段？**

从两个角度出发：首先让DDL之前的事务能尽快完成，避免长事务，从而降低执行DDL而要获取MDL的等待时间；另一方面就是为执行DDL尝试获取MDL写锁一个合理的超时时间，避免阻塞时间过长，尤其是迸发较高的场景下，拿不到MDL写锁也不要过久的阻塞后面的业务语句，先放弃，再重试；

### 07 | 行锁功过：怎么减少行锁对性能的影响？ ###

#### 行锁 ####

MySQL的行锁是在引擎层由各个引擎自己实现的；但并不是所有的引擎都支持行锁，比如MyISAM引擎就不支持行锁；不支持行锁意味着并发控制只能使用表锁，这就会影响到业务并发度，如同一张表上任何时刻只能有一个更新在执行；

InnoDB是支持行锁的，这也是MyISAM被InnoDB替代的重要原因之一；

顾名思义，行锁就是针对数据表中行记录的锁；这很好理解，比如事务A更新了一行，而这时候事务B也要更新同一行，则必须等事务A的操作完成后才能进行更新；

#### 1. 两阶段锁 ####

举个例子说明行锁是何时添加的，又是何时释放的；在下面的操作序列中，事务B的update语句执行时会是什么现象呢？假设字段id是表t的主键；

> 行锁的实现是通过给索引上的索引项添加锁实现的，故只有当执行的脚本走索引时，innodb才会使用行锁，否则innodb只能使用元数据锁MDL，两种锁均无需显示添加；

![1b47c10a76da45c2b498942cfd9539a4.png][]

**结论**：实际上事务B的update语句会被阻塞，直到事务A执行commit之后，事务B才能继续执行；

> 在InnoDB事务中，**行锁是在需要的时候才加上的**，但并不是不需要了就立刻释放，而是要等到**事务结束时才释放**；这个就是两阶段锁协议；

这里"在需要的时候才加上"的意思是指：事务中，行锁是在语句执行时才加上的，不是事务开始就加上，但释放是统一在事务结束时才释放；

根据这个特性，如果你的事务中需要锁多个行，要把最可能造成锁冲突、最可能影响并发度的锁尽量往后放，让不会引起锁冲突的语句提前执行，从而尽可能的减少锁等待的时间，提高并发性能；

按照上面的建议修改SQL语句顺序后，可能这并不能完全解决你的困扰；因为**当并发量起来后，瞬时流量一打进来，你的MySQL可能就挂了；你登上服务器一看，CPU消耗接近100%，但整个数据库每秒就执行不到100个事务；**这是什么原因呢？

这里，我就要说到死锁和死锁检测了；

#### 2. 死锁和死锁检测 ####

用数据库中的行锁举个例子来说明什么是死锁：

![c53b097e84c54c4cae8f4ffe29341e8a.png][]

如图，事务A先占用id=1的行锁，然后事务B占用id=2的行锁；接着事务A在等待事务B释放id=2的行锁，而事务B在等待事务A释放id=1的行锁；事务A和事务B在互相等待对方的资源释放，就是进入了"死锁"状态；

当出现死锁以后，有两种策略：

（1）一种策略是，直接进入等待，直到超时；这个超时时间可以通过参数innodb\_lock\_wait\_timeout来设置；在InnoDB中，innodb\_lock\_wait\_timeout的默认值是50s；

（2）另一种策略是，发起死锁检测，发现死锁后，主动回滚死锁链条中的某一个事务，让其他事务得以继续执行；innodb\_deadlock\_detect的默认值本身就是on，表示开启这个逻辑；

如果采用第一个策略，innodb\_lock\_wait\_timeout的值不好确定；如果使用默认值50s，意味着第一个被锁住的线程要过50s才会超时退出，然后其他线程才有可能继续执行；对于在线服务来说，这个等待时间往往是无法接受的；但是，我们又不可能直接把这个时间设置成一个很小的值，比如1s；这样当出现死锁的时候，确实很快就可以解开，但如果不是死锁，而是简单的锁等待，那就把原本能完成执行的线程给"误杀"了；

所以，正常情况下我们还是要采用第二种策略，即：主动死锁检测；主动死锁检测在发生死锁的时候，是能够快速发现并进行处理的，但是它也是有额外负担的；因为，对每个新来的被堵住的线程，都要判断会不会由于自己的加入导致了死锁，**这是一个时间复杂度是O(n^2)的操作**，这会要消耗大量的CPU资源；因此，你就会看到上面描述的"CPU利用率很高，但是每秒却执行不了几个事务"；

#### **3. 怎么解决由这种热点行更新导致的性能问题呢？** ####

问题的症结在于——**死锁检测要耗费大量的CPU资源**，因此有以下两种思路：

（1）既然思索那么耗CPU，如果你能确保这个业务一定不会出现死锁，可以临时把死锁检测关掉

这种操作本身带有一定的风险，因为业务设计的时候一般不会把死锁当做一个严重错误，毕竟出现死锁了，就回滚，然后通过业务重试一般就没问题了，这是业务无损的；而关掉死锁检测意味着可能会出现大量的超时，这是业务有损的；因此不推荐此方案；

（2）出现问题的原因是热点行的更新，也就是并发太大，那么就去做并发控制；

比如同一行同时最多只有10个线程在更新，那么死锁检测的成本很低，就不会出现CPU占用过高问题；

（3）还有一种思路，类似Redis的热点key解决方案，就是通过冗余的思路，将这一个热点行"拆成"多行数据，降低锁冲突的几率；

还是以影院账户为例，可以考虑放在多条记录上，比如10个记录，影院的账户总额等于这10个记录的值的总和；这样每次要给影院账户加金额的时候，随机选其中一条记录来加；这样每次冲突概率变成原来的1/10，可以减少锁等待个数，也就减少了死锁检测的CPU消耗；这个方案看上去是无损的，但其实这类方案需要根据业务逻辑做详细设计；如果账户余额可能会减少，比如退票逻辑，那么这时候就需要考虑当一部分行记录变成0的时候，代码要有特殊处理；

####  ####

#### 题目：如何删数据？ ####

> 如果你要删除一个表里面的前10000行数据，有以下三种方法可以做到：
> 
>  *  第一种，直接执行delete from T limit10000；
>  *  第二种，在一个连接中循环执行20次delete from T limit 500；
>  *  第三种，在20个连接中同时执行delete from T limit 500；
> 
> 你会选择哪一种方法呢？为什么呢？

**答案**：方案二；

方案一，事务相对较长，则占用锁的时间较长，会导致其他客户端等待资源时间较长；

方案二，串行化执行，将相对长的事务分成多次相对短的事务，则每次事务占用锁的时间相对较短，其他客户端在等待相应资源的时间也较短；这样的操作，同时也意味着将资源分片使用（每次执行使用不同片段的资源），可以提高并发性；

方案三，人为自己制造锁竞争，加剧并发量；

#### 行锁小结 ####

最后对于行锁，做一下小结：

（1）如果你的事务中需要锁多个行，要把最可能造成锁冲突、最可能影响并发度的锁的申请时机尽量往后放；但是，调整语句顺序并不能完全避免死锁；

（2）热点行更新时，死锁检测占用CPU资源较大，减少死锁的主要方，就是控制访问相同资源的并发事务量，无论是通过并发控制或是业务改造将热点行拆分；

下篇文章：[《MySQL实战45讲》——学习笔记08 “一致性视图、可重复读实现“][MySQL_45_08]

本章参考：

[06 | 全局锁和表锁 ：给表加个字段怎么有这么多阻碍？-极客时间][06 _ _ _-]

[07 | 行锁功过：怎么减少行锁对性能的影响？-极客时间][07 _ _-]

[mysql_ -]: http://t.zoukankan.com/FondWang-p-12198275.html
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[MySQL_45_08]: https://blog.csdn.net/minghao0508/article/details/127194650
[06 _ _ _-]: https://time.geekbang.org/column/article/69862
[07 _ _-]: https://time.geekbang.org/column/article/70215