MySQL數據庫鎖介紹

MySQL數據庫鎖介紹

1. 鎖的基本概念

當併發事務同時訪問一個資源時，有可能導致數據不一致，因此需要一種機制來將數據訪問順序化，以保證數據庫數據的一致性。

鎖就是其中的一種機制。

我們可以用商場的試衣間來做個比喻。商場裏得每個試衣間都可供多個消費者使用，因此可能出現多個消費者同時試衣服需要使用試衣間。爲了避免衝突，試衣間裝了鎖，某一個試衣服的人在試衣間裏把鎖鎖住了，其他顧客就不能再從外面打開了，只能等待裏面的顧客，試完衣服，從裏面把鎖打開，外面的人才能進去。

2. 鎖的基本類型

數據庫上的操作可以歸納爲兩種：讀和寫。

多個事務同時讀取一個對象的時候，是不會有衝突的。同時讀和寫，或者同時寫纔會產生衝突。因此爲了提高數據庫的併發性能，通常會定義兩種鎖：共享鎖和排它鎖。

2.1 共享鎖（Shared Lock，也叫S鎖）

共享鎖(S)表示對數據進行讀操作。因此多個事務可以同時爲一個對象加共享鎖。（如果試衣間的門還沒被鎖上，顧客都能夠同時進去參觀）

產生共享鎖的sql：select * from ad_plan lock in share mode;

2.2 排他鎖(Exclusive Lock，也叫X鎖)

排他鎖也叫寫鎖(X)。

排他鎖表示對數據進行寫操作。如果一個事務對對象加了排他鎖，其他事務就不能再給它加任何鎖了。(某個顧客把試衣間從裏面反鎖了，其他顧客想要使用這個試衣間，就只有等待鎖從裏面給打開了)
產生排他鎖的sql： select * from ad_plan for update;

對於鎖，通常會用一個矩陣來描述他們之間的衝突關係。
      S      X  

S    +      –  

X    –      –  

+ 代表兼容， - 代表不兼容

 

時間\事務	Tx1:	Tx2:
T1	set autocommit=0;	set autocommit=0;
T2	select * from ad_plan lock in share mode;
T3		update ad_plan set name='' ; blocking

執行sql： select * from information_schema.innodb_locks; 可以查看鎖。

3. 鎖的粒度

就是通常我們所說的鎖級別。MySQL有三種鎖的級別：頁級、表級、行級。

相對其他數據庫而言，MySQL的鎖機制比較簡單，其最 顯著的特點是不同的存儲引擎支持不同的鎖機制。

比如，MyISAM和MEMORY存儲引擎採用的是表級鎖（table-level locking）；BDB存儲引擎採用的是頁面鎖（page-level locking），但也支持表級鎖；InnoDB存儲引擎既支持行級鎖（row-level locking），也支持表級鎖，但默認情況下是採用行級鎖。
MySQL這3種鎖的特性可大致歸納如下：
表級鎖：開銷小，加鎖快；不會出現死鎖；鎖定粒度大，發生鎖衝突的概率最高,併發度最低。
行級鎖：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。
頁面鎖：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。

數據庫引擎通常必須獲取多粒度級別上的鎖才能完整地保護資源。

3.1 行鎖(Row Lock)

對一行記錄加鎖，隻影響一條記錄。
通常用在DML語句中，如INSERT, UPDATE, DELETE等。
InnoDB行鎖是通過給索引上的索引項加鎖來實現的，這一點MySQL與Oracle不同，後者是通過在數據塊中對相應數據行加鎖來實現的。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！

用下面例子來說明一下：

CREATE TABLE test_index(id int , name VARCHAR(50),age int )engine=innodb ;
INSERT INTO test_index values(1,'張一',15);
INSERT INTO test_index values(3,'張三',16);
INSERT INTO test_index values(4,'張四',17);
INSERT INTO test_index values(5,'張五',19);
INSERT INTO test_index values(7,'劉琦',19);

不再啓用多事務描述了，直接解釋執行查詢語句

 explain select * from test_index where id = 1;

+----+-------------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+-------------+
| id | select_type | table      | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | Extra       |
+----+-------------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | test_index | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL |    5 | Using where |
+----+-------------+------------+------+---------------+------+---------+------+------+-------------+

type: all ，rows: 5 很明顯是會使用全表鎖。

增加索引，id加唯一索引，age加普通索引。

ALTER TABLE test_index
ADD UNIQUE uk_id(id),

ADD index idx_age(age);
mysql> explain select * from test_index where id = 1;
+----+-------------+------------+-------+---------------+-------+---------+-------+------+-------+
| id | select_type | table      | type  | possible_keys | key   | key_len | ref   | rows | Extra |
+----+-------------+------------+-------+---------------+-------+---------+-------+------+-------+
|  1 | SIMPLE      | test_index | const | uk_id         | uk_id | 5       | const |    1 | NULL  |
+----+-------------+------------+-------+---------------+-------+---------+-------+------+-------+

type: const ，key:uk_id,rows: 1 很明顯是會使用行鎖，鎖定一條記錄。

下面做個有趣的實驗：兩個事務，TX1加共享行鎖, 查詢age=17的記錄， TX2往數據庫裏插入一條age=18的記錄。

TX1:

mysql> set autocommit=0;
mysql> select * from test_index where age=17 lock in share mode;
+------+------+------+
| id   | name | age  |
+------+------+------+
|    4 | 張四 |   17 |
+------+------+------+
1 row in set (0.00 sec)

TX2:

mysql> set autocommit=0;
mysql> insert test_index values(8,'test',18);
ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

結果是TX2獲取鎖超時，看來TX1鎖定的並不止age=17的記錄，不存在的間隙age=18，也被加鎖了。

執行select * from information_schema.innodb_locks;可以看到加鎖的具體信息

+--------------+-------------+-----------+-----------+---------------------+------------+------------+-----------+----------+--------------------+
| lock_id      | lock_trx_id | lock_mode | lock_type | lock_table          | lock_index | lock_space | lock_page | lock_rec | lock_data          |
+--------------+-------------+-----------+-----------+---------------------+------------+------------+-----------+----------+--------------------+
| 45288:57:5:5 | 45288       | X,GAP     | RECORD    | `test`.`test_index` | idx_age    |         57 |         5 |        5 | 19, 0x000000000208 |
| 45289:57:5:5 | 45289       | S,GAP     | RECORD    | `test`.`test_index` | idx_age    |         57 |         5 |        5 | 19, 0x000000000208 |
+--------------+-------------+-----------+-----------+---------------------+------------+------------+-----------+----------+--------------------+

行鎖S、X鎖上做了一些精確的細分，在代碼中稱作Precise Mode。這些精確的模式,  使的鎖的粒度更細小。可以減少衝突。  

A.間隙鎖(Gap Lock),只鎖間隙。  

B.記錄鎖(Record Lock) 只鎖記錄。  

C.Next-Key Lock(代碼中稱爲Ordinary Lock)，同時鎖住記錄和間隙。

D.插入意圖鎖(Insert Intention Lock),插入時使用的鎖。在代碼中，插入意圖鎖，實際上是GAP鎖上加了一個LOCK_INSERT_INTENTION的標記。

行鎖兼容矩陣

			G	I	R	N
		G	+	+	+	+
		I	–	+	+	–
		R	+	+	–	–
		N	+	+	–	–

+ 代表兼容， -代表不兼容. 

G代表Gap鎖，I代表插入意圖鎖,R代表記錄鎖，N代表Next-Key鎖.  

S鎖和S鎖是完全兼容的，因此在判別兼容性時不需要對比精確模式。  

精確模式的檢測，用在S、X和X、X之間。

從這個矩陣可以看到幾個特點：  

A. INSERT操作之間不會有衝突。  

B. GAP,Next-Key會阻止Insert。  

C. GAP和Record,Next-Key不會衝突  

D. Record和Record、Next-Key之間相互衝突。  

E. 已有的Insert鎖不阻止任何準備加的鎖。

Gap lock：
間隙鎖只會出現在輔助索引（index）上，唯一索引(unique)和主鍵索引是沒有間隙鎖。

間隙鎖（無論是S還是X）只會阻塞insert操作。

間隙鎖的目的是爲了防止幻讀（但是需要應用自己加鎖，innodb默認不會加鎖防止幻讀）。

3.2 頁面鎖

3.3 表鎖(Table Lock)

對整個表加鎖，影響標準的所有記錄。通常用在DDL語句中，如DELETE TABLE,ALTER TABLE等。  

很明顯，表鎖影響整個表的數據，因此併發性不如行鎖好。
在MySQL 數據庫中，使用表級鎖定的主要是MyISAM，Memory等一些非事務性存儲引擎。

因爲表鎖覆蓋了行鎖的數據，所以表鎖和行鎖也會產生衝突（商場關門了，試衣間自然也沒法使用了）。如:
A. trx1 BEGIN
  B. trx1 給 T1 加X鎖，修改表結構。
  C. trx2 BEGIN
  D. trx2 給 T1 的一行記錄加S或X鎖（事務被阻塞，等待加鎖成功)
trx1要操作整個表，鎖住了整個表。那麼trx2就不能再對T1的單條記錄加X或S鎖，去讀取或修這條記錄。 

3.3.1 表鎖—意向鎖

爲了方便檢測表級鎖和行級鎖之間的衝突，就引入了意向鎖。

A. 意向鎖分爲意向讀鎖(IS)和意向寫鎖(IX)。  

B. 意向鎖是表級鎖，但是卻表示事務正在讀或寫某一行記錄，而不是整個表。     所以意向鎖之間不會產生衝突，真正的衝突在加行鎖時檢查。  

C. 在給一行記錄加鎖前，首先要給該表加意向鎖。也就是要同時加表意向鎖和行鎖。

採用了意向鎖後，上面的例子就變成了：

A. trx1 BEGIN  

B. trx1 給 T1 加X鎖，修改表結構。  

C. trx2 BEGIN  

D. trx2 給 T1 加IX鎖（事務被阻塞，等待加鎖成功)  

E. trx2 給 T1 的一行記錄加S或X鎖.

表鎖的兼容性矩陣

	IS	IX	S	X
IS	+	+	+	–
IX	+	+	–	–
S	+	–	+	–
X	–	–	–	–

+ 代表兼容， -代表不兼容

意向鎖之間不會衝突, 因爲意向鎖僅僅代表要對某行記錄進行操作。在加行鎖時，會判斷是否衝突。