休对故人思故国,且将新火试新茶。诗酒趁年华。

——苏轼《望江南》

## MySql高级之锁问题

1. 锁概述

是计算机协调多个进程或线程并发访问某一资源的机制(避免争抢)。

在数据库中,除传统的计算资源(如 CPU、RAM、I/O 等)的争用以外,数据也是一种供许多用户共享的资源。如何保证数据并发访问的一致性、有效性是所有数据库必须解决的一个问题,锁冲突也是影响数据库并发访问性能的一个重要因素。从这个角度来说,锁对数据库而言显得尤其重要,也更加复杂。

2. 锁分类

从对数据操作的粒度分 :

  1. 表锁:操作时,会锁定整个表。
  2. 行锁:操作时,会锁定当前操作行。

从对数据操作的类型分:

  1. 读锁(共享锁):针对同一份数据,多个读操作可以同时进行而不会互相影响。
  2. 写锁(排它锁):当前操作没有完成之前,它会阻断其他写锁和读锁。

3. Mysql 锁

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。下表中罗列出了各存储引擎对锁的支持情况:

存储引擎 表级锁 行级锁 页面锁
MyISAM 支持 不支持 不支持
InnoDB 支持 支持 不支持
MEMORY 支持 不支持 不支持
BDB 支持 不支持 支持

MySQL这3种锁的特性可大致归纳如下 :

锁类型 特点
表级锁 偏向MyISAM 存储引擎,开销小,加锁快;不会出现死锁;锁定粒度大,发生锁冲突的概率最高,并发度最低。
行级锁 偏向InnoDB 存储引擎,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。
页面锁 开销和加锁时间界于表锁和行锁之间;会出现死锁;锁定粒度界于表锁和行锁之间,并发度一般。

从上述特点可见,很难笼统地说哪种锁更好,只能就具体应用的特点来说哪种锁更合适!仅从锁的角度来说:表级锁更适合于以查询为主,只有少量按索引条件更新数据的应用,如Web 应用;而行级锁则更适合于有大量按索引条件并发更新少量不同数据,同时又有并查询的应用,如一些在线事务处理(OLTP)系统。

4. MyISAM 表锁

MyISAM 存储引擎只支持表锁,这也是MySQL开始几个版本中唯一支持的锁类型。

4.1 如何加表锁

MyISAM 在执行查询语句(SELECT)前,会自动给涉及的所有表加读锁,在执行更新操作(UPDATE、DELETE、INSERT 等)前,会自动给涉及的表加写锁,这个过程并不需要用户干预,因此,用户一般不需要直接用 LOCK TABLE 命令给 MyISAM 表显式加锁。

显示加表锁语法:

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加读锁 : lock table table_name read;
加写锁 : lock table table_name write;
4.2 读锁案例

准备环境

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CREATE TABLE `tb_book` (
`id` INT(11) auto_increment,
`name` VARCHAR(50) DEFAULT NULL,
`publish_time` DATE DEFAULT NULL,
`status` CHAR(1) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=myisam DEFAULT CHARSET=utf8 ;

INSERT INTO tb_book (id, name, publish_time, status) VALUES(NULL,'java编程思想','2088-08-01','1');
INSERT INTO tb_book (id, name, publish_time, status) VALUES(NULL,'solr编程思想','2088-08-08','0');


CREATE TABLE `tb_user` (
`id` INT(11) auto_increment,
`name` VARCHAR(50) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=myisam DEFAULT CHARSET=utf8 ;

INSERT INTO tb_user (id, name) VALUES(NULL,'令狐冲');
INSERT INTO tb_user (id, name) VALUES(NULL,'田伯光');
客户端 一
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-- 获得tb_book 表的读锁 
lock table tb_book read;
-- 执行查询操作
select * from tb_book;

1553906896564

可以正常执行 , 查询出数据。

客户端 二
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-- 执行查询操作,同样能查到
select * from tb_book;

1553907044500

客户端 一
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2
-- 查询未锁定的表
select name from tb_seller;

1553908913515

客户端 二
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-- 查询未锁定的表
select name from tb_seller;

1553908973840

可以正常查询出未锁定的表;

客户端 一
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-- 执行插入操作 
insert into tb_book values(null,'Mysql高级','2088-01-01','1');

1553907198462

执行插入, 直接报错 , 由于当前tb_book 获得的是 读锁, 不能执行更新操作。

客户端 二
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-- 执行插入操作 
insert into tb_book values(null,'Mysql高级','2088-01-01','1');

1553907403957

当在客户端一中释放锁指令 unlock tables 后 , 客户端二中的 inesrt 语句 , 立即执行 ;

4.3 写锁案例
客户端 一
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-- 获得tb_book 表的写锁 
lock table tb_book write ;
-- 执行查询操作
select * from tb_book ;

1553907849829

查询操作执行成功;

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-- 执行更新操作
update tb_book set name = 'java编程思想(第二版)' where id = 1;

1553907875221

更新操作执行成功 ;

客户端 二
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-- 执行查询操作
select * from tb_book ;

1553908019755

当在客户端一中释放锁指令 unlock tables 后 , 客户端二中的 select 语句 , 立即执行 ;

1553908131373

4.4 结论

锁模式的相互兼容性如表中所示:

1553905621992

  1. 对MyISAM 表的读操作,不会阻塞其他用户对同一表的读请求,但会阻塞对同一表的写请求;

  2. 对MyISAM 表的写操作,则会阻塞其他用户对同一表的读和写操作;

简而言之,就是读锁会阻塞写,但是不会阻塞读。而写锁,则既会阻塞读,又会阻塞写。

此外,MyISAM 的读写锁调度是写优先,这也是MyISAM不适合做写为主的表的存储引擎的原因。因为写锁后,其他线程不能做任何操作,大量的更新会使查询很难得到锁,从而造成永远阻塞。

4.5 查看锁的争用情况
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show open tables;

1556443073322

In_user : 表当前被查询使用的次数。如果该数为零,则表是打开的,但是当前没有被使用。

Name_locked:表名称是否被锁定。名称锁定用于取消表或对表进行重命名等操作。

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show status like 'Table_locks%';

1556443170082

Table_locks_immediate : 指的是能够立即获得表级锁的次数,每立即获取锁,值加1。

Table_locks_waited : 指的是不能立即获取表级锁而需要等待的次数,每等待一次,该值加1,此值高说明存在着较为严重的表级锁争用情况。

5. InnoDB 行锁

5.1 行锁介绍
  1. 行锁特点 :偏向InnoDB 存储引擎,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。
  2. InnoDB 与 MyISAM 的最大不同有两点:一是支持事务;二是采用了行级锁。
5.2 背景知识

数据库事务详解

5.3 InnoDB 的行锁模式

InnoDB 实现了以下两种类型的行锁。

  • 共享锁(S):又称为读锁,简称S锁,共享锁就是多个事务对于同一数据可以共享一把锁,都能访问到数据,但是只能读不能修改。
  • 排他锁(X):又称为写锁,简称X锁,排他锁就是不能与其他锁并存,如一个事务获取了一个数据行的排他锁,其他事务就不能再获取该行的其他锁,包括共享锁和排他锁,但是获取排他锁的事务是可以对数据就行读取和修改。

对于UPDATE、DELETE和INSERT语句,InnoDB会自动给涉及数据集加排他锁(X);

对于普通SELECT语句,InnoDB不会加任何锁;

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-- 可以通过以下语句显示给记录集加共享锁或排他锁 。
-- 共享锁(S):
select * from table_naem where ... lock in share mode

-- 排他锁(X) :
select * from table_name where ... for update
5.4 案例准备工作
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create table test_innodb_lock(
id int(11),
name varchar(16),
sex varchar(1)
)engine = innodb default charset=utf8;

insert into test_innodb_lock values(1,'100','1');
insert into test_innodb_lock values(3,'3','1');
insert into test_innodb_lock values(4,'400','0');
insert into test_innodb_lock values(5,'500','1');
insert into test_innodb_lock values(6,'600','0');
insert into test_innodb_lock values(7,'700','0');
insert into test_innodb_lock values(8,'800','1');
insert into test_innodb_lock values(9,'900','1');
insert into test_innodb_lock values(1,'200','0');

create index idx_test_innodb_lock_id on test_innodb_lock(id);
create index idx_test_innodb_lock_name on test_innodb_lock(name);
5.5 行锁基本演示
Session-1 客户端二
1554354615030 关闭自动提交功能 1554354601867 关闭自动提交功能
1554354713628 可以正常的查询出全部的数据 1554354717336 可以正常的查询出全部的数据
1554354830589查询id 为3的数据 ; 1554354832708获取id为3的数据 ;
1554382789984 更新id为3的数据,但是不提交; 1554382905352 更新id为3 的数据, 出于等待状态
1554382977653 通过commit, 提交事务 1554383044542 解除阻塞,更新正常进行
以上, 操作的都是同一行的数据,接下来,演示不同行的数据 :
1554385220580 更新id为3数据,正常的获取到行锁 , 执行更新 ; 1554385236768 由于与客户端操作不是同一行,获取当前行锁,执行更新;
5.6 无索引行锁升级为表锁☆

如果不通过索引条件检索数据,那么InnoDB将对表中的所有记录加锁,实际效果跟表锁一样。

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-- 查看当前表的索引
show index from test_innodb_lock;

1554385956215

客户端一 客户端二
关闭事务的自动提交1554386287454 关闭事务的自动提交1554386312524
执行更新语句 :1554386654793 执行更新语句, 但处于阻塞状态:1554386685610
提交事务:1554386721653 解除阻塞,执行更新成功 :1554386750004
执行提交操作 :1554386804807

由于 执行更新时 , name字段本来为varchar类型, 我们是作为数组类型使用,存在类型转换,索引失效,最终行锁变为表锁 ;

5.7 间隙锁危害

当我们用范围条件,而不是使用相等条件检索数据,并请求共享或排他锁时,InnoDB会给符合条件的已有数据进行加锁; 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) 。

Session-1 客户端二
关闭事务自动提交 1554387987130 关闭事务自动提交1554387994533
根据id范围更新数据1554388492478
插入id为2的记录, 出于阻塞状态1554388515936
提交事务 ;1554388149305
解除阻塞 , 执行插入操作 :1554388548562
提交事务 :
5.8 InnoDB 行锁争用情况
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show  status like 'innodb_row_lock%';

1556455943670

  1. Innodb_row_lock_current_waits: 当前正在等待锁定的数量

  2. Innodb_row_lock_time: 从系统启动到现在锁定总时间长度

  3. Innodb_row_lock_time_avg:每次等待所花平均时长

  4. Innodb_row_lock_time_max:从系统启动到现在等待最长的一次所花的时间

  5. Innodb_row_lock_waits: 系统启动后到现在总共等待的次数

当等待的次数很高,而且每次等待的时长也不小的时候,我们就需要分析系统中为什么会有如此多的等待,然后根据分析结果着手制定优化计划。

5.9 总结
  1. InnoDB存储引擎由于实现了行级锁定,虽然在锁定机制的实现方面带来了性能损耗可能比表锁会更高一些,但是在整体并发处理能力方面要远远由于MyISAM的表锁的。当系统并发量较高的时候,InnoDB的整体性能和MyISAM相比就会有比较明显的优势。

  2. 但是,InnoDB的行级锁同样也有其脆弱的一面,当我们使用不当的时候,可能会让InnoDB的整体性能表现不仅不能比MyISAM高,甚至可能会更差。

  3. 优化建议:

    • 尽可能让所有数据检索都能通过索引来完成,避免无索引行锁升级为表锁。
    • 合理设计索引,尽量缩小锁的范围
    • 尽可能减少索引条件,及索引范围,避免间隙锁
    • 尽量控制事务大小,减少锁定资源量和时间长度
    • 尽可使用低级别事务隔离(但是需要业务层面满足需求)