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详解mysql 中的锁结构

Mysql 支持3中锁结构

  • 表级锁,开销小,加锁快,不会出现死锁,锁定的粒度大,冲突概率高,并发度最低
  • 行级锁,开销小,加锁慢,会出现死锁,锁定粒度小,冲突概率最低,并发度最高
  • 页面锁,开销和加锁处于表锁和行锁之间,会出现死锁,锁粒度基于表和行之间,并发一般

InnoDB锁问题

InnoDB与MyISAM的最大不同有两点:一是支持事务(TRANSACTION);二是采用了行级锁。
 行级锁和表级锁本来就有许多不同之处,另外,事务的引入也带来了一些新问题。

InnoDB的行锁模式及加锁方法

InnoDB实现了以下两种类型的行锁。

  • 共享锁(s):允许一个事务去读一行,阻止其他事务获得相同数据集的排他锁。
  • 排他锁(X):允许获取排他锁的事务更新数据,阻止其他事务取得相同的数据集共享读锁和排他写锁。

另外,为了允许行锁和表锁共存,实现多粒度锁机制,InnoDB还有两种内部使用的意向锁(Intention Locks),这两种意向锁都是表锁。

  • 意向共享锁(IS):事务打算给数据行共享锁,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):事务打算给数据行加排他锁,事务在给一个数据行加排他锁前必须先取得该表的IX锁。
当前锁模式和请求锁模式 X IX S IS
X 冲突 冲突 冲突 冲突
IX 冲突 兼容 冲突 兼容
S 冲突 冲突 兼容 兼容
IS 冲突 兼容 兼容 兼容

InnoDB行锁是通过索引上的索引项来实现的,这一点MySQL与Oracle不同,后者是通过在数据中对相应数据行加锁来实现的。InnoDB这种行锁实现特点意味者:只有通过索引条件检索数据,InnoDB才会使用行级锁,否则,InnoDB将使用表锁!

Next-Key锁

当我们用范围条件而不是相等条件检索数据,并请求共享或排他锁时,InnoDB会给符合条件的已有数据的索引项加锁;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,这种锁机制不是所谓的间隙锁(Next-Key锁)。
举例来说,假如emp表中只有101条记录,其empid的值分别是1,2,…,100,101,下面的SQL:

SELECT * FROM emp WHERE empid > 100 FOR UPDATE

是一个范围条件的检索,InnoDB不仅会对符合条件的empid值为101的记录加锁,也会对empid大于101(这些记录并不存在)的“间隙”加锁。
InnoDB使用间隙锁的目的,一方面是为了防止幻读,以满足相关隔离级别的要求,对于上面的例子,要是不使用间隙锁,如果其他事务插入了empid大于100的任何记录,那么本事务如果再次执行上述语句,就会发生幻读;另一方面,是为了满足其恢复和复制的需要。有关其恢复和复制对机制的影响,以及不同隔离级别下InnoDB使用间隙锁的情况。
很显然,在使用范围条件检索并锁定记录时,InnoDB这种加锁机制会阻塞符合条件范围内键值的并发插入,这往往会造成严重的锁等待。因此,在实际开发中,尤其是并发插入比较多的应用,我们要尽量优化业务逻辑,尽量使用相等条件来访问更新数据,避免使用范围条件。

什么时候使用表锁?

对于InnoDB表,在绝大部分情况下都应该使用行级锁,因为事务和行锁往往是我们之所以选择InnoDB表的理由。但在个另特殊事务中,也可以考虑使用表级锁。

第一种情况是:事务需要更新大部分或全部数据,表又比较大,如果使用默认的行锁,不仅这个事务执行效率低,而且可能造成其他事务长时间锁等待和锁冲突,这种情况下可以考虑使用表锁来提高该事务的执行速度。

第二种情况是:事务涉及多个表,比较复杂,很可能引起死锁,造成大量事务回滚。这种情况也可以考虑一次性锁定事务涉及的表,从而避免死锁、减少数据库因事务回滚带来的开销。

当然,应用中这两种事务不能太多,否则,就应该考虑使用MyISAM表。
 在InnoDB下 ,使用表锁要注意以下两点。

(1)使用LOCK TALBES虽然可以给InnoDB加表级锁,但必须说明的是,表锁不是由InnoDB存储引擎层管理的,而是由其上一层MySQL Server负责的,仅当autocommit=0、innodb_table_lock=1(默认设置)时,InnoDB层才能知道MySQL加的表锁,MySQL Server才能感知InnoDB加的行锁,这种情况下,InnoDB才能自动识别涉及表级锁的死锁;否则,InnoDB将无法自动检测并处理这种死锁。

(2)在用LOCAK TABLES对InnoDB锁时要注意,要将AUTOCOMMIT设为0,否则MySQL不会给表加锁;事务结束前,不要用UNLOCAK TABLES释放表锁,因为UNLOCK TABLES会隐含地提交事务;COMMIT或ROLLBACK产不能释放用LOCAK TABLES加的表级锁,必须用UNLOCK TABLES释放表锁,正确的方式见如下语句。
 例如,如果需要写表t1并从表t读,可以按如下做:

SET AUTOCOMMIT=0;
LOCAK TABLES t1 WRITE, t2 READ, ...;
[do something with tables t1 and here];
COMMIT;
UNLOCK TABLES;

死锁

在InnoDB中,除单个SQL组成的事务外,锁是逐步获得的,这就决定了InnoDB发生死锁是可能的。
 发生死锁后,InnoDB一般都能自动检测到,并使一个事务释放锁并退回,另一个事务获得锁,继续完成事务。但在涉及外部锁,或涉及锁的情况下,InnoDB并不能完全自动检测到死锁,这需要通过设置锁等待超时参数innodb_lock_wait_timeout来解决。需要说明的是,这个参数并不是只用来解决死锁问题,在并发访问比较高的情况下,如果大量事务因无法立即获取所需的锁而挂起,会占用大量计算机资源,造成严重性能问题,甚至拖垮数据库。我们通过设置合适的锁等待超时阈值,可以避免这种情况发生。

通常来说,死锁都是应用设计的问题,通过调整业务流程、数据库对象设计、事务大小、以及访问数据库的SQL语句,绝大部分都可以避免。下面就通过实例来介绍几种死锁的常用方法。

(1)在应用中,如果不同的程序会并发存取多个表,应尽量约定以相同的顺序为访问表,这样可以大大降低产生死锁的机会。如果两个session访问两个表的顺序不同,发生死锁的机会就非常高!但如果以相同的顺序来访问,死锁就可能避免。

(2)在程序以批量方式处理数据的时候,如果事先对数据排序,保证每个线程按固定的顺序来处理记录,也可以大大降低死锁的可能。

(3)在事务中,如果要更新记录,应该直接申请足够级别的锁,即排他锁,而不应该先申请共享锁,更新时再申请排他锁,甚至死锁。

(4)在REPEATEABLE-READ隔离级别下,如果两个线程同时对相同条件记录用SELECT…ROR UPDATE加排他锁,在没有符合该记录情况下,两个线程都会加锁成功。程序发现记录尚不存在,就试图插入一条新记录,如果两个线程都这么做,就会出现死锁。这种情况下,将隔离级别改成READ COMMITTED,就可以避免问题。

(5)当隔离级别为READ COMMITED时,如果两个线程都先执行SELECT…FOR UPDATE,判断是否存在符合条件的记录,如果没有,就插入记录。此时,只有一个线程能插入成功,另一个线程会出现锁等待,当第1个线程提交后,第2个线程会因主键重出错,但虽然这个线程出错了,却会获得一个排他锁!这时如果有第3个线程又来申请排他锁,也会出现死锁。对于这种情况,可以直接做插入操作,然后再捕获主键重异常,或者在遇到主键重错误时,总是执行ROLLBACK释放获得的排他锁。

MyISAM 和 InnoDB 区别

对于MyISAM的表锁,主要有以下几点

(1)共享读锁(S)之间是兼容的,但共享读锁(S)和排他写锁(X)之间,以及排他写锁之间(X)是互斥的,也就是说读和写是串行的。
(2)在一定条件下,MyISAM允许查询和插入并发执行,我们可以利用这一点来解决应用中对同一表和插入的锁争用问题。
(3)MyISAM默认的锁调度机制是写优先,这并不一定适合所有应用,用户可以通过设置LOW_PRIPORITY_UPDATES参数,或在INSERT、UPDATE、DELETE语句中指定LOW_PRIORITY选项来调节读写锁的争用。
(4)由于表锁的锁定粒度大,读写之间又是串行的,因此,如果更新操作较多,MyISAM表可能会出现严重的锁等待,可以考虑采用InnoDB表来减少锁冲突。

对于InnoDB表,主要有以下几点

(1)InnoDB的行销是基于索引实现的,如果不通过索引访问数据,InnoDB会使用表锁。
(2)InnoDB间隙锁机制,以及InnoDB使用间隙锁的原因。
(3)在不同的隔离级别下,InnoDB的锁机制和一致性读策略不同。
(4)MySQL的恢复和复制对InnoDB锁机制和一致性读策略也有较大影响。
(5)锁冲突甚至死锁很难完全避免。

在了解InnoDB的锁特性后,用户可以通过设计和SQL调整等措施减少锁冲突和死锁,包括:

  • 尽量使用较低的隔离级别
  • 精心设计索引,并尽量使用索引访问数据,使加锁更精确,从而减少锁冲突的机会。
  • 选择合理的事务大小,小事务发生锁冲突的几率也更小。
  • 给记录集显示加锁时,最好一次性请求足够级别的锁。比如要修改数据的话,最好直接申请排他锁,而不是先申请共享锁,修改时再请求排他锁,这样容易产生死锁。
  • 不同的程序访问一组表时,应尽量约定以相同的顺序访问各表,对一个表而言,尽可能以固定的顺序存取表中的行。这样可以大减少死锁的机会。
  • 尽量用相等条件访问数据,这样可以避免间隙锁对并发插入的影响。
  • 不要申请超过实际需要的锁级别;除非必须,查询时不要显示加锁。
  • 对于一些特定的事务,可以使用表锁来提高处理速度或减少死锁的可能

MySql乐观锁悲观锁

悲观锁

悲观锁的特点是先获取锁,再进行业务操作,即“悲观”的认为获取锁是非常有可能失败的,因此要先确保获取锁成功再进行业务操作。通常所说的“一锁二查三更新”即指的是使用悲观锁。通常来讲在数据库上的悲观锁需要数据库本身提供支持,即通过常用的select … for update操作来实现悲观锁。当数据库执行select for update时会获取被select中的数据行的行锁,因此其他并发执行的select for update如果试图选中同一行则会发生排斥(需要等待行锁被释放),因此达到锁的效果。select for update获取的行锁会在当前事务结束时自动释放,因此必须在事务中使用。

这里需要注意的一点是不同的数据库对select for update的实现和支持都是有所区别的,例如oracle支持select for update no wait,表示如果拿不到锁立刻报错,而不是等待,mysql就没有no wait这个选项。另外mysql还有个问题是select for update语句执行中所有扫描过的行都会被锁上,这一点很容易造成问题。因此如果在mysql中用悲观锁务必要确定走了索引,而不是全表扫描。

乐观锁

乐观锁的特点先进行业务操作,不到万不得已不去拿锁。即“乐观”的认为拿锁多半是会成功的,因此在进行完业务操作需要实际更新数据的最后一步再去拿一下锁就好。

乐观锁在数据库上的实现完全是逻辑的,不需要数据库提供特殊的支持。一般的做法是在需要锁的数据上增加一个版本号,或者时间戳,然后按照如下方式实现:

在数据库内部update同一行的时候是不允许并发的,即数据库每次执行一条update语句时会获取被update行的写锁,直到这一行被成功更新后才释放。因此在业务操作进行前获取需要锁的数据的当前版本号,然后实际更新数据时再次对比版本号确认与之前获取的相同,并更新版本号,即可确认这之间没有发生并发的修改。如果更新失败即可认为老版本的数据已经被并发修改掉而不存在了,此时认为获取锁失败,需要回滚整个业务操作并可根据需要重试整个过程。

乐观锁在不发生取锁失败的情况下开销比悲观锁小,但是一旦发生失败回滚开销则比较大,因此适合用在取锁失败概率比较小的场景,可以提升系统并发性能
乐观锁还适用于一些比较特殊的场景,例如在业务操作过程中无法和数据库保持连接等悲观锁无法适用的地方

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