MySQL中的各种锁

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MySQL中的各种锁

MySQL的锁管理机制

相对其他数据库而言，MySQL 的锁机制比较简单，其最显著的特点是不同的存储引擎支持不同的锁机制。

MySQL锁管理机制‘

  • 元数据锁（MDL，MetaData Lock）： 不需要显式使用，在访问一个表的时候会被自动加上。MDL 的作用是，保证读写的正确性。

    因此，在 MySQL 5.5 版本中引入了 MDL，当对一个表做增删改查操作的时候，加 MDL读锁；当要对表做结构变更操作的时候，加 MDL 写锁

  • 存储引擎特有锁：InnoDB-行级锁、间隙锁；BDB-页级锁

  • 表级锁：

  • 全局读锁：对整个数据库实例加锁，命令是Flash tables with read lock（FTWRL）。当你需要让整个库处于只读状态的时候，可以使用这个命令，之后其他线程的以下语句会被阻塞：数据更新语句（数据的增删改）、数据定义语句（包括建表、修改表结构等）和更新类事务的提交语句。

各种锁解析

下面我们一起看一下MySQL中的各种锁。

元数据锁（MDL，Meta Data Lock）

元数据锁是一个读写锁，因此，可以多线程的对一张表，进行增删改查操作，因为它此时加的是MDL读锁；但当要对表做结构变更操作的时候，就会加上 MDL 写锁。

事务中的 MDL 锁，在语句执行开始时申请，但是语句结束后并不会马上释放，而会等到整个事务提交后再释放。

MDL锁是没有超时时间的，因此，只要事务还没有提交，这个MDL锁就会一直锁着，在下面这种场景下就会x造成线程阻塞、业务中断。

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1. sessionA:
begin;
select * from t limit 1;
 
2. sessionB:
select * from t limit 1;
 
3. sessionC:
alter table t add f int;
#会mdl锁住
 
4. sessionD:
select * from t limit 1;

如上例子，会话A申请了MDL读锁，但是没有提交；会话B也申请了读锁，正常执行（读锁不排他）；这时候会话C想要修改表字段，那么它就要获取这个表的写锁。但是因为会话A的读锁还没有释放，因此会话C阻塞，从而也造成后面的会话D阻塞。

解决办法就是找到这个长时间未执行完的事务，提交或者回滚即可。

行级锁

  • 行级锁：开销大，加锁慢；会出现死锁；锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低，并发度也最高。

    • 最大程度的支持并发，同时也带来了最大的锁开销。
      • 在 InnoDB 中，除单个 SQL 组成的事务外，
        锁是逐步获得的，这就决定了在 InnoDB 中发生死锁是可能的。
      • 行级锁只在存储引擎层实现，而Mysql服务器层没有实现。 行级锁更适合于有大量按索引条件并发更新少量不同数据，同时又有并发查询的应用，如一些在线事务处理（OLTP）系统

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）：允许获得排他锁的事务更新数据，阻止其他事务取得相同数据集的共享读锁和排他写锁。

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）：事务打算给数据行加行共享锁，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行排他锁，事务在给一个数据行加排他锁前必须先取得该表的 IX 锁。

锁模式的兼容情况：

锁模式的兼容状况

如果一个事务请求的锁模式与当前的锁兼容， InnoDB 就将请求的锁授予该事务； 反之， 如果两者不兼容，该事务就要等待锁释放。

InnoDB行锁实现方式

  • InnoDB 行锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的，这一点 MySQL 与 Oracle 不同，后者是通过在数据块中对相应数据行加锁来实现的。InnoDB 这种行锁实现特点意味着：只有通过索引条件检索数据，InnoDB 才使用行级锁，否则，InnoDB 将使用表锁！
  • 不论是使用主键索引、唯一索引或普通索引，InnoDB 都会使用行锁来对数据加锁。
  • 只有执行计划真正使用了索引，才能使用行锁：即便在条件中使用了索引字段，但是否使用索引来检索数据是由 MySQL 通过判断不同执行计划的代价来决定的，如果 MySQL 认为全表扫描效率更高，比如对一些很小的表，它就不会使用索引，这种情况下 InnoDB 将使用表锁，而不是行锁。因此，在分析锁冲突时，
    别忘了检查 SQL 的执行计划（可以通过 explain 检查 SQL 的执行计划），以确认是否真正使用了索引。
  • 由于 MySQL 的行锁是针对索引加的锁，不是针对记录加的锁，所以虽然多个session是访问不同行的记录， 但是如果是使用相同的索引键， 是会出现锁冲突的（后使用这些索引的session需要等待先使用索引的session释放锁后，才能获取锁）。 应用设计的时候要注意这一点。

间隙锁

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记录的索引项加锁；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，这种锁机制就是所谓的间隙锁（Next-Key锁）。

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，在实际应用开发中，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。

使用间隙锁的目的

使用间隙锁有以下目的：

  1. 防止幻读，以满足相关隔离级别的要求；
  2. 满足恢复和复制的需要

MySQL 通过 BINLOG 录入执行成功的 INSERT、UPDATE、DELETE 等更新数据的 SQL 语句，并由此实现 MySQL 数据库的恢复和主从复制。MySQL 的恢复机制（复制其实就是在 Slave Mysql 不断做基于 BINLOG 的恢复）有以下特点：

  1. MySQL 的恢复是 SQL 语句级的，也就是重新执行 BINLOG 中的 SQL 语句。

  2. MySQL 的 Binlog 是按照事务提交的先后顺序记录的， 恢复也是按这个顺序进行的。

由此可见，MySQL 的恢复机制要求：在一个事务未提交前，其他并发事务不能插入满足其锁定条件的任何记录，也就是不允许出现幻读。

表级锁

表级锁的语法是

LOCK TABLES table_name READ/WRITE

例如：LOCK TABLES t1 READ， t2 WRITE

如果表被其他线程锁定了，当前线程会等待，直到获取了锁为止。

可以执行以下命令来释放锁

UNLOCK TABLES

UNLOCK TABLES会释放当前线程获得的所有锁。另外，当前线程执行另一个LOCK TABLES或者与服务器连接被关闭时，当前线程获得的所有锁将会被隐式释放。

注意：

  1. 在用LOCK TABLES对InnoDB表加锁时，需要将AutoCommit设置为0，否则MySQL不会给表加锁
  2. 事务结束前，不要用UNLOCK TABLES 释放表锁，因为UNLOCK TABLES会隐式提交当前事务
  3. COMMIT或者ROLLBACK并不能释放用LOCK TABLES加的表级锁，必须用UNLOCK TABLES释放表锁
  4. lock tables 语法除了会限制别的线程的读写外，也限定了本线程接下来的操作对象。

在上面的例子中，如果在某个线程 A 中执行 lock tables t1 read, t2 write; 这个语句，则其他线程写 t1、读写 t2 的语句都会被阻塞。同时，线程 A 在执行 unlock tables 之前，也只能执行读 t1、读写 t2 的操作。连写 t1 都不允许，自然也不能访问其他表。

全局读锁

全局锁的典型使用场景是，做全库逻辑备份（mysqldump）。重新做主从时候
也就是把整库每个表都 select 出来存成文本。

数据库只读状态的危险性：

  • 如果你在主库上备份，那么在备份期间都不能执行更新，业务基本上就能停止。
  • 如果你在从库上备份，那么备份期间从库不能执行主库同步过来的binlog，会导致主从延迟。

全局锁两种方法

  1. FLUSH TABLES WRITE READ LOCK
  2. set global readonly=true

既然要全库只读，为什么不使用 set global readonly=true 的方式呢？确实 readonly 方式也可以让全库进入只读状态，建议用 FTWRL 方式，主要有几个原因：

  1. 在有些系统中，readonly 的值会被用来做其他逻辑，比如用来判断一个库是主库还是备库。因此，修改 global 变量的方式影响面更大.
  2. 在异常处理机制上有差异。如果执行FTWRL 命令之后由于客户端发生异常断开，那么 MySQL 会自动释放这个全局锁，整个库回到可以正常更新的状态。而将整个库设置为 readonly 之后，如果客户端发生异常，则数据库就会一直保持 readonly 状态，这样会导致整个库长时间处于不可写状态，风险较高。
  3. readonly 对super用户权限无效

InnoDB加锁方法

  • 意向锁是InnoDB自动加的，不需要用户干预；
  • 对于UPDATE、INSERT和DELETE语句，InnoDB会自动给涉及的数据集加排他锁（X）
  • 对于普通SELECT语句，InnoDB不会加锁
  • 事务可以通过以下语句显示地给数据集加共享锁或排他锁
    • 共享锁（S）：SELECT * FROM table_name WHERE … LOCK IN SHARE MODE。其他事务仍可以查询记录并对当前数据集加共享锁。但如果当前事务需要对该数据集进行更新操作，则很有可能造成死锁
    • 排他锁（X）：SELECT * FROM table_name WHERE … FOR UPDATE.其他事务可以查询当前数据集，但是不能对该数据集加共享锁或排他锁。

InnoDB在事务执行的识货使用两阶段锁协议：

  1. 随时都可以执行锁定，InnoDB会根据隔离级别在需要的时候自动加锁；
  2. 锁只有在执行commit或者rollback的时候才会释放，并且所有的锁都是在同一时刻被释放。

死锁处理

当不同的事务或线程出现循环资源依赖的时候，就会出现死锁。

比如，事务A获取了记录R1的写锁，修改成功之后，准备获取记录R2的写锁；而事务B先获取了记录R2的写锁，修改成功之后，准备获取R1的写锁。此时，事务AB等在等对方释放锁，就会产生死循环，造成死锁。

死锁

死锁对策

  1. 主动等待超时，由参数 innodb_lock_wait_timeout 设置，但是业务无法等待；
  2. 主动死锁检测（innodb_deadlock_detect=on）

发生死锁后，InnoDB 一般都可以检测到，并使一个事务释放锁回退，另一个则可以获取锁完成事务。

另外，我们可以采取以下方式避免死锁：

  • 通过表级锁来减少死锁产生的概率；
  • 多个程序尽量约定以相同的顺序访问表（这也是解决并发理论中哲学家就餐问题的一种思路）；
  • 同一个事务尽可能做到一次锁定所需要的所有资源。

另外，死锁检测也非常耗费资源，判断会不会由于自己的加入导致了死锁，这是一个时间复杂度是 O(n) 的操作。

参考资料

MySQL实战 | 06/07 简单说说MySQL中的锁

史上最详细MySQL全局锁和表锁

MySQL锁总结

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