Mysql 數據庫的鎖機制分析
一、問題背景
1. 爲什麼要加鎖？
- 當多個用戶併發地存取數據時，在數據庫中就會產生多個事務同時存取同一數據的情況。若對併發操作不加控制就可能會讀取和存儲不正確的數據，破壞數據庫的一致性。
2.要解決的問題
- 多用戶環境下保證數據庫完整性和一致性
二、鎖是什麼
- 在計算機科學中，鎖是在執行多線程時用於強行限制資源訪問的同步機制，即用於在併發控制中保證對互斥要求的滿足。
- 加鎖是實現數據庫併發控制的一個非常重要的技術。當事務在對某個數據對象進行操作前，先向系統發出請求，對其加鎖。加鎖後事務就對該數據對象有了一定的控制，在該事務釋放鎖之前，其他的事務不能對此數據對象進行更新操作。
三、鎖的分類
1.行級鎖
- 行級鎖
- 行級鎖是Mysql中鎖定粒度最細的一種鎖，表示只針對當前操作的行進行加鎖。行級鎖能大大減少數據庫操作的衝突。其加鎖粒度最小，但加鎖的開銷也最大。行級鎖分爲共享鎖 和 排他鎖。
- 特點
- 開銷大，加鎖慢；會出現死鎖；鎖定粒度最小，發生鎖衝突的概率最低，併發度也最高。
2.表級鎖
- 表級鎖是MySQL中鎖定粒度最大的一種鎖，表示對當前操作的整張表加鎖，它實現簡單，資源消耗較少，被大部分MySQL引擎支持。最常使用的MYISAM與INNODB都支持表級鎖定。表級鎖定分爲表共享讀鎖（共享鎖）與表獨佔寫鎖（排他鎖）。
- 特點
- 開銷小，加鎖快；不會出現死鎖；鎖定粒度大，發出鎖衝突的概率最高，併發度最低。
3.頁級鎖
- 頁級鎖是MySQL中鎖定粒度介於行級鎖和表級鎖中間的一種鎖。表級鎖速度快，但衝突多，行級衝突少，但速度慢。所以取了折衷的頁級，一次鎖定相鄰的一組記錄。BDB支持頁級鎖
- 特點
- 開銷和加鎖時間界於表鎖和行鎖之間；會出現死鎖；鎖定粒度界於表鎖和行鎖之間，併發度一般
四、MySQL常用存儲引擎的鎖機制
1. MyISAM和MEMORY採用表級鎖(table-level locking)
2. BDB採用頁面鎖(page-level locking)或表級鎖，默認爲頁面鎖
3. InnoDB支持行級鎖(row-level locking)和表級鎖,默認爲行級鎖
InnoDB行鎖是通過給索引上的索引項加鎖來實現的，InnoDB這種行鎖實現特點意味着：只有通過索引條件檢索數據，InnoDB才使用行級鎖，否則，InnoDB將使用表鎖！
在實際應用中，要特別注意InnoDB行鎖的這一特性，不然的話，可能導致大量的鎖衝突，從而影響併發性能。
行級鎖都是基於索引的，如果一條SQL語句用不到索引是不會使用行級鎖的，會使用表級鎖。行級鎖的缺點是：由於需要請求大量的鎖資源，所以速度慢，內存消耗大。
實例說明
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MySQL InnoDB引擎默認的修改數據語句：
update,delete,insert都會自動給涉及到的數據加上排他鎖。 -
select語句默認不會加任何鎖類型，如果加排他鎖可以使用
select …for update語句，加共享鎖可以使用select … lock in share mode語句。 -
所以加過排他鎖的數據行在其他事務種是不能修改數據的，也不能通過
for update和lock in share mode鎖的方式查詢數據，但可以直接通過select …from…查詢數據，因爲普通查詢沒有任何鎖機制。
4. 行級鎖與死鎖
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MyISAM中是不會產生死鎖的，因爲MyISAM總是一次性獲得所需的全部鎖，要麼全部滿足，要麼全部等待。而在InnoDB中，鎖是逐步獲得的，就造成了死鎖的可能。
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在MySQL中，行級鎖並不是直接鎖記錄，而是鎖索引。索引分爲
主鍵索引和非主鍵索引兩種，如果一條sql語句操作了主鍵索引，MySQL就會鎖定這條主鍵索引；如果一條語句操作了非主鍵索引，MySQL會先鎖定該非主鍵索引，再鎖定相關的主鍵索引。在UPDATE、DELETE操作時，MySQL不僅鎖定WHERE條件掃描過的所有索引記錄，而且會鎖定相鄰的鍵值，即所謂的next-key locking。 -
當兩個事務同時執行，一個鎖住了主鍵索引，在等待其他相關索引。另一個鎖定了非主鍵索引，在等待主鍵索引。這樣就會發生死鎖。
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發生死鎖後，InnoDB一般都可以檢測到，並使一個事務釋放鎖回退，另一個獲取鎖完成事務。
5. 共享鎖與排它鎖
共享鎖（Share Lock）
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共享鎖又稱讀鎖，是讀取操作創建的鎖。其他用戶可以併發讀取數據，但任何事務都不能對數據進行修改（獲取數據上的排他鎖），直到已釋放所有共享鎖。
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如果事務T對數據A加上共享鎖後，則其他事務只能對A再加共享鎖，不能加排他鎖。獲准共享鎖的事務只能讀數據，不能修改數據。
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用法
SELECT ... LOCK IN SHARE MODE -
在查詢語句後面增加
LOCK IN SHARE MODE，Mysql會對查詢結果中的每行都加共享鎖，當沒有其他線程對查詢結果集中的任何一行使用排他鎖時，可以成功申請共享鎖，否則會被阻塞。其他線程也可以讀取使用了共享鎖的表，而且這些線程讀取的是同一個版本的數據。
排它鎖（eXclusive Lock）
- 排他鎖又稱寫鎖，如果事務T對數據A加上排他鎖後，則其他事務不能再對A加任任何類型的封鎖。獲准排他鎖的事務既能讀數據，又能修改數據。
用法 SELECT … FOR UPDATE;
在查詢語句後面增加FOR UPDATE，Mysql會對查詢結果中的每行都加排他鎖，當沒有其他線程對查詢結果集中的任何一行使用排他鎖時，可以成功申請排他鎖，否則會被阻塞。
6. 樂觀鎖（Optimistic Lock）
是什麼
- 假設認爲數據一般情況下不會造成衝突，所以在數據進行提交更新的時候，纔會正式對數據的衝突與否進行檢測，如果發現衝突了，則讓返回用戶錯誤的信息，讓用戶決定如何去做。
相對於悲觀鎖，在對數據庫進行處理的時候，樂觀鎖並不會使用數據庫提供的鎖機制。一般的實現樂觀鎖的方式就是記錄數據版本。
數據版本,爲數據增加的一個版本標識。當讀取數據時，將版本標識的值一同讀出，數據每更新一次，同時對版本標識進行更新。當我們提交更新的時候，判斷數據庫表對應記錄的當前版本信息與第一次取出來的版本標識進行比對，如果數據庫表當前版本號與第一次取出來的版本標識值相等，則予以更新，否則認爲是過期數據。
實現數據版本有兩種方式，** 第一種是使用版本號，第二種是使用時間戳 **。
使用版本號實現樂觀鎖
- 使用版本號時，可以在數據初始化時指定一個版本號，每次對數據的更新操作都對版本號執行+1操作。並判斷當前版本號是不是該數據的最新的版本號。
1.查詢出商品信息
select (status,status,version) from t_goods where id=#{id}
2.根據商品信息生成訂單
3.修改商品status爲2
update t_goods
set status=2,version=version+1
where id=#{id} and version=#{version};
優點與不足
- 樂觀併發控制相信事務之間的數據競爭(data race)的概率是比較小的，因此儘可能做下去，直到提交的時候纔去鎖定，所以不會產生任何鎖和死鎖。但如果直接簡單這麼做，還是有可能會遇到不可預期的結果，例如兩個事務都讀取了數據庫的某一行，經過修改以後寫回數據庫，這時就遇到了問題
7. 悲觀鎖（Pessimistic Lock）
是什麼
- 在整個數據處理過程中，將數據處於鎖定狀態。悲觀鎖的實現，往往依靠數據庫提供的鎖機制 （也只有數據庫層提供的鎖機制才能真正保證數據訪問的排他性，否則，即使在本系統中實現了加鎖機制，也無法保證外部系統不會修改數據）
悲觀鎖的流程
- 在對任意記錄進行修改前，先嚐試爲該記錄加上排他鎖（exclusive locking）。
- 如果加鎖失敗，說明該記錄正在被修改，那麼當前查詢可能要等待或者拋出異常。具體響應方式由開發者根據實際需要決定。
- 如果成功加鎖，那麼就可以對記錄做修改，事務完成後就會解鎖了。
- 其間如果有其他對該記錄做修改或加排他鎖的操作，都會等待我們解鎖或直接拋出異常。
MySQL InnoDB中使用悲觀鎖
- 要使用悲觀鎖，我們必須關閉mysql數據庫的自動提交屬性，因爲MySQL默認使用autocommit模式，也就是說，當你執行一個更新操作後，MySQL會立刻將結果進行提交。set autocommit=0;
//0.開始事務
begin;
//1.查詢出商品信息
select status from t_goods where id=1 for update;
//2.根據商品信息生成訂單
insert into t_orders (id,goods_id) values (null,1);
//3.修改商品status爲2
update t_goods set status=2;
//4.提交事務
commit;
上面的查詢語句中，我們使用了select…for update的方式，這樣就通過開啓排他鎖的方式實現了悲觀鎖。此時在t_goods表中，id爲1的 那條數據就被我們鎖定了，其它的事務必須等本次事務提交之後才能執行。這樣我們可以保證當前的數據不會被其它事務修改。