强人锁男,MySQL到底有多少锁?

发布于:2021-10-27 12:14:42

前言

读锁写锁意向锁,表锁行锁页面锁。


在学*Java并发编程的时候,肯定少不了学*。最常见的就是synchronized,锁的概念不是很好理解,有的地方说是锁住了一段代码,有的地方说是锁住了一个对象。弄得初学者都是丈二和尚??摸不着头脑。


抛开这些结论性的说法,说一下我对锁的理解(不管是Java中的锁还是数据库中的锁,还是分布式锁)。当我们需要限制某段程序在同一时刻,最多能被1个线程同时执行的时候就需要锁。这个幸运的线程怎么选出来呢?那就让他们去抢一个许可证吧,重点是需要保证这个许可证是唯一的,一次最多只能被一个线程抢到。许可证不要拘泥于是this,还有可能是数据库设置了唯一键的列、缓存中唯一的key或者一个文件目录。只有抢到了这个许可证的线程,才可以执行这段代码,执行完成或者异常退出后自动释放许可证


理解了这点,再说锁住的是一段代码、一个对象,甚至是一个线程都无所谓了,因为锁的作用就是在某一段时间内将一段代码、一个对象(许可证)、一个线程绑定在一起。


MySQL中的锁与存储引擎有关,MyISAM只支持表级锁,InnoDB既支持表级锁,又支持行级锁


InnoDB中的锁

InnoDB实现了行级锁,可以分为两种类型:共享(S)锁定和排他(X)锁定。


共享(S)锁允许持有该锁的事务读取一行,所有又叫读锁排他(X)锁允许持有该锁的事务更新或删除行,所以又叫写锁

多个事务并发执行时,如果事务T1在某一行r上持有共享(S)锁,那么事务T2的对这行r的锁请求将按以下方式处理:


T2对S锁的请求可以立即获得批准。T1和T2都在r上保持了S锁。T2对X锁的请求不能获取批准。

如果事务T1在某一行r上拥有排他(X)锁,则事务T2不能获取锁(不论是S锁还是X锁


换言之,S锁和S锁是兼容的,S锁和X锁是冲突的,X锁和X锁是冲突的


S锁X锁
S锁冲突冲突
X锁冲突冲突

但是共享锁排它锁并不是指具体的两种锁,而是指两类锁。
同样的乐观锁悲观锁也不是指具体的锁,而是指两类锁。乐观锁是乐观的认为每次都不会发生冲突,只会在更新的时候检查要更新的值有没有被别人修改过,因为没有加锁,所以乐观锁又叫无锁。在数据库中一般是用MVCC实现乐观锁,在Java中用CAS实现乐观锁。至于悲观锁就是悲观的认为每次都会发生冲突,所以每次修改都需要加锁。


表锁

表锁是MySQL中粒度最大的一种锁,简单粗暴的锁住整张表,实现简单所以支持的并发度低。InnoDB和MyIASM都支持表锁,表锁分为共享(S)锁排他(X)锁
表锁的特点是实现简单,并发度低。加锁快,开销小。不会出现死锁。


行锁

行锁是MySQL中粒度最细的一种锁,每次只锁住要操作的那一行。实现复杂,支持的并发度高。只有InnoDB支持行锁。行锁也分为共享(S)锁排他(X)锁。行锁是对索引的锁定。例如SELECT c1 FROM t WHERE c1 = 10 FOR UPDATE,防止任何其他事务插入,更新或删除t.c1值为10的行。行锁始终锁定索引,对于没有创建索引的表,InnoDB创建一个隐藏的聚簇索引并将该索引用于行锁。
行锁的特点是实现复杂,并发度高。加锁慢,开销大。会出现死锁。


意向锁(Intention Locks)

InnoDB支持多种粒度锁定,允许行锁表锁并存。为了使在多个粒度级别上的锁定变得切实可行,InnoDB实现了意图锁意向锁是表级锁,表示事务稍后对表中的行需要上哪种类型的锁(共享锁排他锁)。有两种类型的意图锁:
* 意向共享锁(IS)表示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。
* 意向排他锁(IX)表示事务打算给数据行加行排他锁,事务在给一个数据行加排他锁前必须先取得该表的 IX 锁。


SELECT ... LOCK IN SHARE MODE设置IS锁定,而SELECT ... FOR UPDATE设置IX锁定
表级锁之间的兼容性如下


X锁IX锁S锁IS锁
X锁冲突冲突冲突冲突
IX锁冲突兼容冲突兼容
S锁冲突冲突兼容兼容
IS锁冲突兼容兼容兼容

有的同学一看到这么多种情况就头晕,死记硬背是不可能死记硬背的,这辈子都不会死记硬背。既然这样,那就干脆不记,花点时间深入了解一下为什么要设计成表中这样。


要想理解这个表,首先得理解为什么要有意向锁(Intention Locks),关于意向锁的作用,官方文档上给出了这么一句话:



Intention locks do not block anything except full table requests (for example, LOCK TABLES … WRITE). The main purpose of intention locks is to show that someone is locking a row, or going to lock a row in the table.



意向锁不会阻止任何其他请求,除了(锁定)全表请求(例如LOCK TABLES ... WRITE)外。意向锁定的主要目的是:声明已经有事务正在锁定表中的行,或者即将锁定表中的行。


这句话透露出了意向锁虽然是表锁,但是和行锁是完全兼容的(包括共享锁排它锁)。但是声明表中的行正在被锁定或者即将被锁定,有什么用呢?


假设事务A给表中某一行加了排它锁,而事务B想给这个表加一个全表的排他锁,这时候事务B就需要判断当前表中到底有没有排他锁,如果有的话,是不能成功加上去表的排它锁的。此时,如果没有意向锁,事务B只能遍历整个索引去判断,这样无疑是低效的。为了解决这个问题,MySQL引入了意向锁。当事务A给某一行加了排它锁或者共享锁后,会分别在表上加意向排它锁(IX)或者意向共享锁(IS),这时,事务B就可很轻松的判断当前表是否有行锁,这也就是前文所说的:为了使在多个粒度级别上的锁定变得切实可行,InnoDB实现了意图锁


理解了意图锁的作用,再来看看上面的表格。S锁和X锁之间的兼容性前文已经理清了,还剩下IX和IS之间以及S/X和IS/IX的兼容性。


由于某一行被加了S锁或者X锁后,表上都会加上对应的IS锁和IX锁。另一个事务想锁住另一条记录,也得加上对应的IS锁或者IX锁,所以IS和IS、IS和IX以及IX和IX必定是兼容的,不然整个表最多只能上一个行锁。


至于S锁、X锁和IS锁、IX锁的兼容性则需与分情况讨论了。当整个表上了X锁之后,再也不能上别的X锁或者S锁了,所以X锁和IS、IX都是冲突的。当整个表上了S锁之后,不能再上X锁了,但是还可以上S锁,所以S锁和IX锁是冲突的,但是和IS锁是兼容的。


这样理解了之后,再看上面的那个表格,似乎也变得有规律了。


间隙锁(Gap Locks)

间隙锁锁定的是索引记录之间的间隙,或者在第一个或最后一个索引记录之前的间隙。例如SELECT c1 FROM t WHERE c1 BETWEEN 10 and 20 FOR UPDATE,可以防止其他事务将t.c1为15的记录插入表中,因为这两个值之间的间隙是被锁定的。
间隙可能跨越单个索引值,多个索引值,甚至为空。
间隙锁的唯一目的是防止其他事务在间隙中插入数据。间隙锁可以共存。一个事务执行的间隙锁,不会阻止另一事务对相同的间隙进行间隙锁定。


Next-Key Locks

Next-Key Locks是索引记录上的行锁索引记录之前的间隙上的间隙锁的组合。如果一个session在索引中的记录R上具有共享排他锁,则另一session不能按照索引顺序在R之前的间隙中插入新的索引记录。
默认情况下,InnoDB设置的事务隔离级别是REPEATABLE READ。在这种情况下,InnoDB使用Next-Key Locks进行搜索和索引扫描,这可以防止幻读(虚读)。关于MySQL隔离级别相关的问题,请参考:面试官:MySQL事务是怎么实现的


插入意图锁(Insert Intention Locks)

插入意图锁是在行插入之前,通过INSERT操作设置的间隙锁的一种类型。如果多个事务想要在同一个间隙中插入不同的值(也就是插入的位置不同),则这多个事务均不会被阻塞。假设有索引记录,其值分别为4和7。单独的事务分别尝试插入值5和6,在获得插入行的排他锁之前,每个事务都使用插入意图锁来锁定4和7之间的间隙,但不会互相阻塞,因为插入的行是无冲突的。


自增锁(AUTO-INC Locks)

AUTO-INC锁是一种特殊的表级锁,由事务插入具有AUTO_INCREMENT列的表中获得。在最简单的情况下,如果一个事务正在向表中插入值,则任何其他事务都必须等待这个事务在该表中进行插入,以便第一个事务插入的行接收连续的主键值。


MyISAM中的锁

相比之下MyISAM中的锁就简单多了,因为MyISAM只支持表锁。并且共享锁排它锁也满足如下关系


S锁X锁
S锁冲突冲突
X锁冲突冲突

死锁

前文提到InnoDB行锁可能是出现死锁,死锁是一个计算机领域的概念,而不是数据库特有的,所以死锁的概念是通用的。不太了解死锁的同学请参考:面试官:请手写一段必然死锁的代码。这里演示下MySQL行锁导致的死锁,这也是官网上给出的例子
首先准备数据


## 创建表
CREATE TABLE t (i INT) ENGINE = InnoDB;

## 新增数据
INSERT INTO t (i) VALUES(1);

具体操作的时间线如下


事务A事务B
T1START TRANSACTION
T2SELECT * FROM t WHERE i = 1 LOCK IN SHARE MODE
T3START TRANSACTION
T4DELETE FROM t WHERE i = 1
T5DELETE FROM t WHERE i = 1

事务A在T5执行时,事务B会收到一条错误信息


ERROR 1213 (40001): Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction

此处发生死锁,因为事务A需要X锁才能删除该行。但是,不能授予该锁定请求,因为事务B已经具有X锁定请求,并且正在等待事务A释放其S锁定。由于B事先要求X锁,因此A持有的S锁也不能升级为X锁。结果,InnoDB为其中一个客户端生成一个错误并释放其锁。此时时,可以授予对另一个客户端的锁定请求,并从表中删除该行。


也就是说MySQL可以自动检测死锁,并且放弃一个事务来成全另一个事务,这点与Java程序中的死锁不一样。


查询事务、锁相关的参考命令如下:


## 查看当前事务状态
select trx_id, trx_state, trx_started, trx_requested_lock_id, trx_wait_started, trx_query, trx_isolation_level from information_schema.innodb_trx;

## 查看当前锁定的事务
select * from information_schema.innodb_locks;

## 查看当前正在等待锁的事务
select * from information_schema.innodb_lock_waits;

总结

锁是MySQL非常重要的一个部分,虽然一般情况下锁的锁定和释放都由MySQL自动完成。但是了解MySQL中的锁还是很有必要,它让我们进一步的了解了MySQL是如何处理并发的。


参考
https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/innodb-locking.htmlhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/29150809https://www.zhihu.com/question/51513268/answer/127777478https://dev.mysql.com/doc/refman/5.6/en/innodb-deadlocks.html

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