Chapter4 MySQL锁机制

4.1 概述

4.1.1 什么是锁

  1. 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（避免争抢）。
  2. 锁冲突也是影响数据库并发访问性能的一个重要因素。

4.1.2 分类

  1. 从对数据操作的粒度分 ：

    • 表锁：操作时，会锁定整个表。
    • 行锁：操作时，会锁定当前操作行。

  2. 从对数据操作的类型分：

    • 读锁（共享锁）：针对同一份数据，多个读操作可以同时进行而不会互相影响。
    • 写锁（排它锁）：当前操作没有完成之前，它会阻断其他写锁和读锁。

4.1.3 MySQL 锁

  1. 不同的存储引擎支持不同的锁机制

    存储引擎表级锁行级锁页面锁
    MyISAM支持不支持不支持
    InnoDB支持支持不支持
    MEMORY支持不支持不支持
    BDB支持不支持支持

  2. 归纳

    • 表级锁：偏向MyISAM 存储引擎，开销小，加锁快；不会出现死锁；锁定粒度大，发生锁冲突的概率最高,并发度最低。
    • 行级锁：偏向InnoDB 存储引擎，开销大，加锁慢；会出现死锁；锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低,并发度也最高。
    • 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，并发度一般。

  3. 使用场景

    • 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；
    • 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，同时又有并查询的应用，如一些在线事务处理（OLTP）系

4.2 MyISAM 表锁

4.2.1 语法

  1. 加锁

    # 加读锁 ： 
lock table table_name read;

# 加写锁 ： 
lock table table_name write；

  2. 解锁

    unlock tables;

4.2.2 读锁案例

  1. 建表

    CREATE DATABASE demo_03 DEFAULT CHARSET = utf8mb4;
USE demo_03;
CREATE TABLE `tb_book`
(
    `id`           INT(11) AUTO_INCREMENT,
    `name`         VARCHAR(50) DEFAULT NULL,
    `publish_time` DATE        DEFAULT NULL,
    `status`       CHAR(1)     DEFAULT NULL,
    PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE = myisam
DEFAULT CHARSET = utf8;
INSERT INTO tb_book (id, name, publish_time, status) VALUES (NULL, 'java编程思想', '2088-08-01', '1');
INSERT INTO tb_book (id, name, publish_time, status) VALUES (NULL, 'solr编程思想', '2088-08-08', '0');

CREATE TABLE `tb_user`
(
    `id`   INT(11) AUTO_INCREMENT,
    `name` VARCHAR(50) DEFAULT NULL,
    PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE = myisam
DEFAULT CHARSET = utf8;
INSERT INTO tb_user (id, name) VALUES (NULL, '令狐冲');
INSERT INTO tb_user (id, name) VALUES (NULL, '田伯光');

  2. 客户端一：

    • 加读锁

      lock table tb_book read;

    • 查询操作：可以正常进行

      select * from tb_book;

    • 写操作：报错

      mysql> insert into tb_book values(null,'Mysql高级','2088-01-01','1');
ERROR 1099 (HY000): Table 'tb_book' was locked with a READ lock and can't be updated

    • 查询其他表：报错

      mysql> select * from tb_user;
ERROR 1100 (HY000): Table 'tb_user' was not locked with LOCK TABLE

  3. 客户端二：

    • 读操作：正常
      mysql> select * from tb_book;
+----+------------------+--------------+--------+
| id | name             | publish_time | status |
+----+------------------+--------------+--------+
|  1 | java编程思想     | 2088-08-01   | 1      |
|  2 | solr编程思想     | 2088-08-08   | 0      |
+----+------------------+--------------+--------+
    • 写操作：堵塞
      mysql> insert into tb_book values(null,'Mysql高级','2088-01-01','1');
等待....

4.2.3 写锁案例

  1. 客户端一

    • 加写锁
      lock table tb_book write ;
    • 读当前表：正常
      mysql> select * from tb_book;
+----+------------------+--------------+--------+
| id | name             | publish_time | status |
+----+------------------+--------------+--------+
|  1 | java编程思想     | 2088-08-01   | 1      |
|  2 | solr编程思想     | 2088-08-08   | 0      |
+----+------------------+--------------+--------+
2 rows in set (0.00 sec)
    • 写当前表：正常
      mysql> insert into tb_book values(null,'Mysql高级','2088-01-01','1');
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
    • 读写其他表：报错

  2. 客户端二：

    • 读写锁住的表：阻塞
      mysql> select * from tb_book;
等待...

mysql> update tb_book set name = 'java编程思想（第二版）' where id = 1;
等待....

4.2.4 总结

  1. 自动加锁

    • 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

  2. MySQL的两种表级锁

    • 表共享读锁

    • 表独享写锁

      锁类型可否兼容读锁写锁
      读锁是是否
      写锁是否否

  3. 总结

    • 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；
    • 简而言之，就是读锁会阻塞写，但是不会阻塞读。而写锁，则既会阻塞读，又会阻塞写。

4.2.5 锁争用情况查询

  1. 查看锁情况

    # 查看所有
show open tables;

# 查看具体数据库
show open tables from db_name;
    • In_user : 表当前被查询使用的次数。如果该数为零，则表是打开的，但是当前没有被使用。
    • Name_locked：表名称是否被锁定。名称锁定用于取消表或对表进行重命名等操作。

  2. 查看

    show status like 'Table_locks%';
    • Table_locks_immediate ： 指的是能够立即获得表级锁的次数，每立即获取锁，值加1。
    • Table_locks_waited ： 指的是不能立即获取表级锁而需要等待的次数，每等待一次，该值加1，此值高说明存在着较为严重的表级锁争用情况

4.3 InnoDB 行锁

4.3.1 行锁简介

  1. 行锁特点：
    • 偏向InnoDB 存储引擎，开销大，加锁慢；
    • 会出现死锁；锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低,并发度也最高。
  2. InnoDB 与 MyISAM 的最大不同有两点：一是支持事务；二是 采用了行级锁。

4.3.2 事务回顾

  1. 事务是由一组SQL语句组成的逻辑处理单元。

  2. 事务具有以下4个特性，简称为事务ACID属性

    • 原子性（Atomicity）：事务是一个原子操作单元，其对数据的修改，要么全部成功，要么全部失败。
    • 一致性（Consistent）：在事务开始和完成时，数据都必须保持一致状态。
    • 隔离性（Isolation）：数据库系统提供一定的隔离机制，保证事务在不受外部并发操作影响的 “独立” 环境下运行。
    • 持久性（Durable）：事务完成之后，对于数据的修改是永久的。

  3. 并发事务处理带来的问题

    • 丢失更新（LostUpdate）：当两个或多个事务选择同一行，最初的事务修改的值，会被后面的事务修改的值覆盖。
    • 脏读（DirtyReads）：当一个事务正在访问数据，并且对数据进行了修改，而这种修改还没有提交到数据库中，这时，另外一个事务也访问这个数据，然后使用了这个数据。
    • 不可重复读（NonRepeatableReads）：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，却发现和以前读出的数据不一致。
    • 幻读（PhantomReads）：一个事务按照相同的查询条件重新读取以前查询过的数据，却发现其他事务插入了满足其查询条件的新数据。

  4. 事务的隔离级别

    隔离级别丢失更新脏读不可重复读幻读
    Read uncommitted×√√√
    Read committed××√√
    Repeatable read（默认）×××√
    Serializable××××

  5. 查看默认隔离级别

    show variables like 'tx_isolation';

4.3.3 InnoDB 的行锁模式

  1. InnoDB 实现了以下两种类型的行锁：

    • 共享锁（S）：又称为读锁，简称S锁，共享锁就是多个事务对于同一数据可以共享一把锁，都能访问到数据，但是只能读不能修改。
    • 排他锁（X）：又称为写锁，简称X锁，排他锁就是不能与其他锁并存，如一个事务获取了一个数据行的排他锁，其他事务就不能再获取该行的其他锁，包括共享锁和排他锁，但是获取排他锁的事务是可以对数据就行读取和修改。

  2. 自动加锁

    • 对于UPDATE、DELETE和INSERT语句，InnoDB会自动给涉及数据集加排他锁(X)；
    • 对于普通SELECT语句，InnoDB不会加任何锁；

  3. 语法

    # 共享锁(S)：
SELECT * FROM table_name WHERE ... LOCK IN SHARE MODE

# 排他锁(X)：
SELECT * FROM table_name WHERE ... FOR UPDATE

4.3.4 案例

  1. 建表

    CREATE TABLE test_innodb_lock
(
    id   INT(11),
    name VARCHAR(16),
    sex  VARCHAR(1)
) ENGINE = innodb
DEFAULT CHARSET = utf8;
INSERT INTO test_innodb_lock
VALUES (1, '100', '1');
INSERT INTO test_innodb_lock
VALUES (3, '3', '1');
INSERT INTO test_innodb_lock
VALUES (4, '400', '0');
INSERT INTO test_innodb_lock
VALUES (5, '500', '1');
INSERT INTO test_innodb_lock
VALUES (6, '600', '0');
INSERT INTO test_innodb_lock
VALUES (7, '700', '0');
INSERT INTO test_innodb_lock
VALUES (8, '800', '1');
INSERT INTO test_innodb_lock
VALUES (9, '900', '1');
INSERT INTO test_innodb_lock
VALUES (1, '200', '0');

create index idx_test_innodb_lock_id on test_innodb_lock(id);
create index idx_test_innodb_lock_name on test_innodb_lock(name);

  2. 行锁演示

    行锁演示

4.3.5 无索引行锁升级为表锁

  1. 如果不通过索引条件检索数据，那么InnoDB将对表中的所有记录加锁，实际效果跟表锁一样。
  2. 示例
    无索引行锁升级为表锁

4.3.6 间隙锁危害

  1. 说明
    • 当我们用范围条件，而不是使用相等条件检索数据，并请求共享或排他锁时，InnoDB会给符合条件的已有数据进行加锁；
    • 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 间隙锁（Next-Key锁）。
  2. 案例
    • 上面的表中不存在id为2的数据，但当我们给 1<id<5的数据进行修改时，id=2也会被锁
    • 其它事务操作（即新增） id=2的数据会被阻塞
    • 示例：
      间隙锁

4.3.7 其它

  1. 锁定一行

    begin;
select * from table_name where ... for update;
commit;

  2. 查看锁争用情况

    show status like 'innodb_row_lock%';
    • Innodb_row_lock_current_waits: 当前正在等待锁定的数量
    • Innodb_row_lock_time: 从系统启动到现在锁定总时间长度
    • Innodb_row_lock_time_avg:每次等待所花平均时长
    • Innodb_row_lock_time_max:从系统启动到现在等待最长的一次所花的时间
    • Innodb_row_lock_waits: 系统启动后到现在总共等待的次数
    • 当等待的次数很高，而且每次等待的时长也不小的时候，我们就需要分析系统中为什么会有如此多的等待，然后根据分析结果着手制定优化计划。

4.4 总结

  1. InnoDB存储引擎由于实现了行级锁定，虽整体并发处理能力方面远远优于MyISAM的表锁。

  2. 当我们使用不当的时候，可能会让InnoDB的整体性能表现不仅不能比MyISAM高，甚至可能会更差。

  3. 优化建议：

    • 尽可能让所有数据检索都能通过索引来完成，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
    • 尽可能减少索引条件，及索引范围，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
    • 尽可使用低级别事务隔离（但是需要业务层面满足需求）