# MySQL 有哪些锁?

大家好,我是小林。

这次,来说说 MySQL 的锁,主要是 Q&A 的形式,看起来会比较轻松。

不多 BB 了,发车!

在 MySQL 里,根据加锁的范围,可以分为全局锁、表级锁和行锁三类。

# 全局锁

全局锁是怎么用的?

要使用全局锁,则要执行这条命:

flush tables with read lock

执行后,整个数据库就处于只读状态了,这时其他线程执行以下操作,都会被阻塞:

  • 对数据的增删改操作,比如 insert、delete、update等语句;
  • 对表结构的更改操作,比如 alter table、drop table 等语句。

如果要释放全局锁,则要执行这条命令:

unlock tables

当然,当会话断开了,全局锁会被自动释放。

全局锁应用场景是什么?

全局锁主要应用于做全库逻辑备份,这样在备份数据库期间,不会因为数据或表结构的更新,而出现备份文件的数据与预期的不一样。

举个例子大家就知道了。

在全库逻辑备份期间,假设不加全局锁的场景,看看会出现什么意外的情况。

如果在全库逻辑备份期间,有用户购买了一件商品,一般购买商品的业务逻辑是会涉及到多张数据库表的更新,比如在用户表更新该用户的余额,然后在商品表更新被购买的商品的库存。

那么,有可能出现这样的顺序:

  1. 先备份了用户表的数据;
  2. 然后有用户发起了购买商品的操作;
  3. 接着再备份商品表的数据。

也就是在备份用户表和商品表之间,有用户购买了商品。

这种情况下,备份的结果是用户表中该用户的余额并没有扣除,反而商品表中该商品的库存被减少了,如果后面用这个备份文件恢复数据库数据的话,用户钱没少,而库存少了,等于用户白嫖了一件商品。

所以,在全库逻辑备份期间,加上全局锁,就不会出现上面这种情况了。

加全局锁又会带来什么缺点呢?

加上全局锁,意味着整个数据库都是只读状态。

那么如果数据库里有很多数据,备份就会花费很多的时间,关键是备份期间,业务只能读数据,而不能更新数据,这样会造成业务停滞。

既然备份数据库数据的时候,使用全局锁会影响业务,那有什么其他方式可以避免?

有的,如果数据库的引擎支持的事务支持可重复读的隔离级别,那么在备份数据库之前先开启事务,会先创建 Read View,然后整个事务执行期间都在用这个 Read View,而且由于 MVCC 的支持,备份期间业务依然可以对数据进行更新操作。

因为在可重复读的隔离级别下,即使其他事务更新了表的数据,也不会影响备份数据库时的 Read View,这就是事务四大特性中的隔离性,这样备份期间备份的数据一直是在开启事务时的数据。

备份数据库的工具是 mysqldump,在使用 mysqldump 时加上 –single-transaction 参数的时候,就会在备份数据库之前先开启事务。这种方法只适用于支持「可重复读隔离级别的事务」的存储引擎。

InnoDB 存储引擎默认的事务隔离级别正是可重复读,因此可以采用这种方式来备份数据库。

但是,对于 MyISAM 这种不支持事务的引擎,在备份数据库时就要使用全局锁的方法。

# 表级锁

MySQL 表级锁有哪些?具体怎么用的。

MySQL 里面表级别的锁有这几种:

  • 表锁;
  • 元数据锁(MDL);
  • 意向锁;
  • AUTO-INC 锁;

# 表锁

先来说说表锁

如果我们想对学生表(t_student)加表锁,可以使用下面的命令:

//表级别的共享锁,也就是读锁;
lock tables t_student read;

//表级别的独占锁,也就是写锁;
lock tables t_stuent write;

需要注意的是,表锁除了会限制别的线程的读写外,也会限制本线程接下来的读写操作。

也就是说如果本线程对学生表加了「共享表锁」,那么本线程接下来如果要对学生表执行写操作的语句,是会被阻塞的,当然其他线程对学生表进行写操作时也会被阻塞,直到锁被释放。

要释放表锁,可以使用下面这条命令,会释放当前会话的所有表锁:

unlock tables

另外,当会话退出后,也会释放所有表锁。

不过尽量避免在使用 InnoDB 引擎的表使用表锁,因为表锁的颗粒度太大,会影响并发性能,InnoDB 牛逼的地方在于实现了颗粒度更细的行级锁

# 元数据锁

再来说说元数据锁(MDL)。

我们不需要显示的使用 MDL,因为当我们对数据库表进行操作时,会自动给这个表加上 MDL:

  • 对一张表进行 CRUD 操作时,加的是 MDL 读锁
  • 对一张表做结构变更操作的时候,加的是 MDL 写锁

MDL 是为了保证当用户对表执行 CRUD 操作时,防止其他线程对这个表结构做了变更。

当有线程在执行 select 语句( 加 MDL 读锁)的期间,如果有其他线程要更改该表的结构( 申请 MDL 写锁),那么将会被阻塞,直到执行完 select 语句( 释放 MDL 读锁)。

反之,当有线程对表结构进行变更( 加 MDL 写锁)的期间,如果有其他线程执行了 CRUD 操作( 申请 MDL 读锁),那么就会被阻塞,直到表结构变更完成( 释放 MDL 写锁)。

MDL 不需要显示调用,那它是在什么时候释放的?

MDL 是在事务提交后才会释放,这意味着事务执行期间,MDL 是一直持有的

那如果数据库有一个长事务(所谓的长事务,就是开启了事务,但是一直还没提交),那在对表结构做变更操作的时候,可能会发生意想不到的事情,比如下面这个顺序的场景:

  1. 首先,线程 A 先启用了事务(但是一直不提交),然后执行一条 select 语句,此时就先对该表加上 MDL 读锁;
  2. 然后,线程 B 也执行了同样的 select 语句,此时并不会阻塞,因为「读读」并不冲突;
  3. 接着,线程 C 修改了表字段,此时由于线程 A 的事务并没有提交,也就是 MDL 读锁还在占用着,这时线程 C 就无法申请到 MDL 写锁,就会被阻塞,

那么在线程 C 阻塞后,后续有对该表的 select 语句,就都会被阻塞,如果此时有大量该表的 select 语句的请求到来,就会有大量的线程被阻塞住,这时数据库的线程很快就会爆满了。

为什么线程 C 因为申请不到 MDL 写锁,而导致后续的申请读锁的查询操作也会被阻塞?

这是因为申请 MDL 锁的操作会形成一个队列,队列中写锁获取优先级高于读锁,一旦出现 MDL 写锁等待,会阻塞后续该表的所有 CRUD 操作。

所以为了能安全的对表结构进行变更,在对表结构变更前,先要看看数据库中的长事务,是否有事务已经对表加上了 MDL 读锁,如果可以考虑 kill 掉这个长事务,然后再做表结构的变更。

# 意向锁

接着,说说意向锁

  • 在使用 InnoDB 引擎的表里对某些记录加上「共享锁」之前,需要先在表级别加上一个「意向共享锁」;
  • 在使用 InnoDB 引擎的表里对某些纪录加上「独占锁」之前,需要先在表级别加上一个「意向独占锁」;

也就是,当执行插入、更新、删除操作,需要先对表加上「意向独占锁」,然后对该记录加独占锁。

而普通的 select 是不会加行级锁的,普通的 select 语句是利用 MVCC 实现一致性读,是无锁的。

不过,select 也是可以对记录加共享锁和独占锁的,具体方式如下:

//先在表上加上意向共享锁,然后对读取的记录加共享锁
select ... lock in share mode;

//先表上加上意向独占锁,然后对读取的记录加独占锁
select ... for update;

意向共享锁和意向独占锁是表级锁,不会和行级的共享锁和独占锁发生冲突,而且意向锁之间也不会发生冲突,只会和共享表锁(lock tables ... read)和独占表锁(lock tables ... write)发生冲突。

表锁和行锁是满足读读共享、读写互斥、写写互斥的。

如果没有「意向锁」,那么加「独占表锁」时,就需要遍历表里所有记录,查看是否有记录存在独占锁,这样效率会很慢。

那么有了「意向锁」,由于在对记录加独占锁前,先会加上表级别的意向独占锁,那么在加「独占表锁」时,直接查该表是否有意向独占锁,如果有就意味着表里已经有记录被加了独占锁,这样就不用去遍历表里的记录。

所以,意向锁的目的是为了快速判断表里是否有记录被加锁

# AUTO-INC 锁

最后,说说 AUTO-INC 锁

在为某个字段声明 AUTO_INCREMENT 属性时,之后可以在插入数据时,可以不指定该字段的值,数据库会自动给该字段赋值递增的值,这主要是通过 AUTO-INC 锁实现的。

AUTO-INC 锁是特殊的表锁机制,锁不是再一个事务提交后才释放,而是再执行完插入语句后就会立即释放

在插入数据时,会加一个表级别的 AUTO-INC 锁,然后为被 AUTO_INCREMENT 修饰的字段赋值递增的值,等插入语句执行完成后,才会把 AUTO-INC 锁释放掉。

那么,一个事务在持有 AUTO-INC 锁的过程中,其他事务的如果要向该表插入语句都会被阻塞,从而保证插入数据时,被 AUTO_INCREMENT 修饰的字段的值是连续递增的。

但是, AUTO-INC 锁再对大量数据进行插入的时候,会影响插入性能,因为另一个事务中的插入会被阻塞。

因此, 在 MySQL 5.1.22 版本开始,InnoDB 存储引擎提供了一种轻量级的锁来实现自增。

一样也是在插入数据的时候,会为被 AUTO_INCREMENT 修饰的字段加上轻量级锁,然后给该字段赋值一个自增的值,就把这个轻量级锁释放了,而不需要等待整个插入语句执行完后才释放锁

InnoDB 存储引擎提供了个 innodb_autoinc_lock_mode 的系统变量,是用来控制选择用 AUTO-INC 锁,还是轻量级的锁。

  • 当 innodb_autoinc_lock_mode = 0,就采用 AUTO-INC 锁;
  • 当 innodb_autoinc_lock_mode = 2,就采用轻量级锁;
  • 当 innodb_autoinc_lock_mode = 1,这个是默认值,两种锁混着用,如果能够确定插入记录的数量就采用轻量级锁,不确定时就采用 AUTO-INC 锁。

不过,当 innodb_autoinc_lock_mode = 2 是性能最高的方式,但是会带来一定的问题。因为并发插入的存在,在每次插入时,自增长的值可能不是连续的,这在有主从复制的场景中是不安全的

# 行级锁

InnoDB 引擎是支持行级锁的,而 MyISAM 引擎并不支持行级锁。

前面也提到,普通的 select 语句是不会对记录加锁的,因为它属于快照读。如果要在查询时对记录加行锁,可以使用下面这两个方式,这种查询会加锁的语句称为锁定读

//对读取的记录加共享锁
select ... lock in share mode;

//对读取的记录加独占锁
select ... for update;

上面这两条语句必须在一个事务中,因为当事务提交了,锁就会被释放,所以在使用这两条语句的时候,要加上 begin、start transaction 或者 set autocommit = 0。

共享锁(S锁)满足读读共享,读写互斥。独占锁(X锁)满足写写互斥、读写互斥。

行级锁的类型主要有三类:

  • Record Lock,记录锁,也就是仅仅把一条记录锁上;
  • Gap Lock,间隙锁,锁定一个范围,但是不包含记录本身;
  • Next-Key Lock:Record Lock + Gap Lock 的组合,锁定一个范围,并且锁定记录本身。

# Record Lock

Record Lock 称为记录锁,锁住的是一条记录。而且记录锁是有 S 锁和 X 锁之分的:

  • 当一个事务对一条记录加了 S 型记录锁后,其他事务也可以继续对该记录加 S 型记录锁(S 型与 S 锁不兼容),但是不可以对该记录加 X 型记录锁(S 型与 X 锁不兼容);
  • 当一个事务对一条记录加了 X 型记录锁后,其他事务既不可以对该记录加 S 型记录锁(S 型与 X 锁不兼容),也不可以对该记录加 X 型记录锁(X 型与 X 锁不兼容)。

举个例子,当一个事务执行了下面这条语句:

mysql > begin;
mysql > select * from t_test where id = 1 for update;

就是对 t_test 表中主键 id 为 1 的这条记录加上 X 型的记录锁,这样其他事务就无法对这条记录进行修改了。

当事务执行 commit 后,事务过程中生成的锁都会被释放。

# Gap Lock

Gap Lock 称为间隙锁,只存在于可重复读隔离级别,目的是为了解决可重复读隔离级别下幻读的现象。

假设,表中有一个范围 id 为(3,5)间隙锁,那么其他事务就无法插入 id = 4 这条记录了,这样就有效的防止幻读现象的发生。

间隙锁虽然存在 X 型间隙锁和 S 型间隙锁,但是并没有什么区别,间隙锁之间是兼容的,即两个事务可以同时持有包含共同间隙范围的间隙锁,并不存在互斥关系,因为间隙锁的目的是防止插入幻影记录而提出的

# Next-Key Lock

Next-Key Lock 称为临键锁,是 Record Lock + Gap Lock 的组合,锁定一个范围,并且锁定记录本身。

假设,表中有一个范围 id 为(3,5] 的 next-key lock,那么其他事务即不能插入 id = 4 记录,也不能修改 id = 5 这条记录。

所以,next-key lock 即能保护该记录,又能阻止其他事务将新纪录插入到被保护记录前面的间隙中。

next-key lock 是包含间隙锁+记录锁的,如果一个事务获取了 X 型的 next-key lock,那么另外一个事务在获取相同范围的 X 型的 next-key lock 时,是会被阻塞的

比如,一个事务持有了范围为 (1, 10] 的 X 型的 next-key lock,那么另外一个事务在获取相同范围的 X 型的 next-key lock 时,就会被阻塞。

虽然相同范围的间隙锁是多个事务相互兼容的,但对于记录锁,我们是要考虑 X 型与 S 型关系,X 型的记录锁与 X 型的记录锁是冲突的。

# 插入意向锁

一个事务在插入一条记录的时候,需要判断插入位置是否已被其他事务加了间隙锁(next-key lock 也包含间隙锁)。

如果有的话,插入操作就会发生阻塞,直到拥有间隙锁的那个事务提交为止(释放间隙锁的时刻),在此期间会生成一个插入意向锁,表明有事务想在某个区间插入新记录,但是现在处于等待状态。

举个例子,假设事务 A 已经对表加了一个范围 id 为(3,5)间隙锁。

当事务 A 还没提交的时候,事务 B 向该表插入一条 id = 4 的新记录,这时会判断到插入的位置已经被事务 A 加了间隙锁,于是事物 B 会生成一个插入意向锁,同时进入等待状态,直到事务 A 提交了事务。

插入意向锁名字虽然有意向锁,但是它并不是意向锁,它是一种特殊的间隙锁,属于行级别锁

如果说间隙锁锁住的是一个区间,那么「插入意向锁」锁住的就是一个点。因而从这个角度来说,插入意向锁确实是一种特殊的间隙锁。

插入意向锁与间隙锁的另一个非常重要的差别是:尽管「插入意向锁」也属于间隙锁,但两个事务却不能在同一时间内,一个拥有间隙锁,另一个拥有该间隙区间内的插入意向锁(当然,插入意向锁如果不在间隙锁区间内则是可以的)。


参考资料:

  • 《MySQL技术内幕:innodb》
  • 《MySQL实战45讲》
  • 《从根儿上理解MySQL》

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上次更新: 9/14/2022, 7:57:12 PM