十三、MySQL数据库的锁,全局锁、表锁和行锁的应用

锁是在处理并发访问数据时,用于定义访问规则的数据结构。MySQL 中的锁根据作用范围分类有全局锁表级锁行锁

全局锁

当你需要对数据库进行整库备份时,为了保证备份时刻的所有数据一致性,需要确保数据库在备份期间不进行数据更改操作。

考虑一般情况做数据备份时,正在进行下单的业务,假设有一个下单完成商品表和已付款金额表,下单完成的操作包含在商品表添加商品和在金额表记录是否付款
此时,操作的顺序是:①备份下单商品表,②下单付款,③备份已付款金额表。若数据库崩溃恢复数据,则导致数据不完整,也就是商品已经下单完成,但是并没有付款数据。

因此在备份的时候,我们需要保证备份的所有数据都是同一时刻的。++其中一个方法就是开启全局读锁++。

MySQL 开启全局读锁命令:

Flush tables with read lock

使用这个命令将整个库至于只读状态,此时数据库更新语句(数据增删改)、数据定义语句(建表语句,修改表等)和存在更新语句的事务的提交均会被阻塞。

使用该方法做整库备份的缺陷:

  1. 在主库进行备份会导致更新语句阻塞,业务停摆
  2. 在从库备份,会导致备份期间不能执行从主库过来的 binlog,导致主从延迟。

++方法二:使用事务来保证数据的一致性,即可重复读隔离级别下。++

mysqldump 命令可以做逻辑备份,在使用参数 -single-transaction 时,可以开启一个事务,保证数据的一致性。

使用事务备份的缺陷:

  1. 备份的库中所有的表的引擎必须支持事务

表级锁

表级锁分两种,一种是表锁,一种是元数据锁(meta data lock,MDL)。

表锁

表锁的语法如下:

#加锁
lock tables ... read/write

#释放锁,关闭客户端会自动释放锁
unlock tables

# 例如现在要给表 order 添加写锁,执行完操作再释放
lock tables order read;
执行操作
unlock tables;

需要注意的是,开启的表锁并非只会限制其他线程操作,也会限制当前线程的操作,例如:线程 A 对表 B 开启读锁,对表 C 开启写锁,则其他线程不能写表B不能读写表C,而当前线程只能读表B,写表C,不能做其他操作。

元数据锁 MDL

MDL 是为了保证读写数据时的正确性,例如,在读数据时,对表结构进行修改,增加了字段或者删了一列,那么读的数据就结构不一致了。

MDL 的逻辑是在增删改查数据时,加 MDL 读锁,在对表结构修改时,加 MDL 写锁。

  1. MDL 读锁之间不互斥,即允许多个线程同时拿到 MDL 读锁。
  2. MDL 读写锁和 MDL 写锁之间是互斥的,也就是有线程拿到 MDL 写锁后,其他线程(包括增删改查操作和表结构修改操作)只能阻塞等待。

注意:MDL 锁是系统默认会加的,不需要手动添加。

如何正确的修改表结构
当一个表在实际使用中总是被业务频繁访问时,该如何修改表才能不导致数据库崩溃呢?

首先,数据库崩溃的原因,是由于执行表结构修改后,若还有线程在操作该表,那么当前线程会被阻塞等待,并且会导致后面所有的线程一起等待,当阻塞时间过长时就可能导致数据库崩溃。

行锁

行锁是由数据库引擎各自实现的,InnoDB 实现了行锁,但 MyISAM 引擎没有实现行锁,因此 MyISAM 引擎的表同一时刻只支持一个线程对表进行更新。

行锁,顾名思义,对数据表中的行加锁,锁粒度比表锁小,优势是可以支持更大的并发量。同一行数据同一时刻只允许一个线程修改,但不同行的数据可以同时被不同线程修改。

行锁的缺陷是会导致死锁。

两阶段加锁协议

事务具有四大特性,即原子性,一致性,隔离性和持久性。为了保证事务执行过程是串行化的,保证事务的隔离性,在对一行数据进行操作时,加锁,在事务结束时释放锁

注意,事务执行过程中,对于一行数据,是需要修改的时候则加行锁,但是并不是用完就释放的,而是要到事务结束才释放行锁,这是为了保证事务的隔离性。这就是两阶段锁协议。

因此,根据两阶段锁协议,在一个事务中,将热点数据的操作放在最后一步将会获得更好的性能,即热点数据的锁被占有的时间越短越好。

死锁和死锁检测

行锁虽然提高了并发量提高了整体性能,但是它在某些情况下会导致死锁,性能便会大大降低。

死锁是指两个线程在互相等待对方解锁资源的现象,例如,线程 A 拿到了资源 B,线程 C 拿到了资源 D,此时线程 A 需要资源 D 才能继续往下执行,而线程 C 需要拿到资源 B 才能继续往下执行,此时两个线程就走进了互相等待互不放手的死胡同。

如何解决死锁:

  1. 设置等待超时时间。InnoDB 参数 innodb_lock_wait_timeout 可以设置获取资源时的等待超时时间,一旦超过时间则放弃等待并且释放自己所持有的锁。
  2. 发起死锁检测,参数 innodb_deadlock_detect 设置为 on 时,表示开启死锁检测逻辑。

InnoDB 死锁等待时长默认是 50s,通常情况这个时长是无法忍受的,但如果把时间设置太短,则会出现误伤情况,即不是死锁等待的情况也被放弃等待。

因此一般情况都使用死锁检测策略,实际上 InnoDB 默认也是开启这个策略的。

死锁检测的性能问题和解决方案

当事务在给资源加锁时等待,就会触发死锁检测动作,检测原理是每个事务当做一个节点,当事务 A 等待事务 B 得资源时,则 A --> B,最后形成有向图,只要检测是否是环路即可,存在环路则表示存在死锁。一般检测到死锁的情况后,对持有较少的行锁的事务进行回滚即可。因此死锁检测是一个 O(n) 复杂度的操作。

考虑这样一种场景,如果有大量线程同时要更新一行数据,则对每个线程做死锁检测时,总时间复杂度就是 O(n²)。即 1000 个线程并发时,死锁检测操作是百万级别的。

  1. 从业务上保证不会产生死锁,关闭死锁检测即可
  2. 控制每个客户端的并发数上限,如果客户端很多的话作用不大。
  3. 从业务上分散资源,如对一个频繁需要被转账的账户做优化,可以设置多个账户,随机分配并发请求即可。
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