MySQL锁机制详解

SQL（锁机制）

锁是计算机协调多个进程或线程并发访问某一资源的机制。锁保证数据并发访问的一致性、有效性；锁冲突也是影响数据库并发访问性能的一个重要因素。锁是Mysql在服务器层和存储引擎层的的并发控制。

加锁是消耗资源的，锁的各种操作，包括获得锁、检测锁是否是否已解除、释放锁等。

一、表锁和行锁

我们首先来了解一下表锁和行锁：表锁是指对一整张表加锁，一般是 DDL 处理时使用；而行锁则是锁定某一行或者某几行，或者行与行之间的间隙。

表锁由 MySQL Server 实现，行锁则是存储引擎实现，不同的引擎实现的不同。在 MySQL 的常用引擎中 InnoDB 支持行锁，而 MyISAM 则只能使用 MySQL Server 提供的表锁。

图片来自知乎

二、行级锁定

锁定对象的颗粒度很小，只对当前行进行锁定，所以发生锁定资源争用的概率也最小，能够给予应用程序尽可能大的并发处理能力；弊端就是获取锁释放锁更加频繁，系统消耗更大，同时行级锁定也最容易发生死锁；

行级锁定的主要是Innodb存储引擎和NDB Cluster存储引擎；

图片来自知乎

三、行锁的模式

锁的模式有：读意向锁，写意向锁，读锁，写锁和自增锁(auto_inc)

四、读写锁

读锁，又称共享锁（Share locks，简称 S 锁），加了读锁的记录，所有的事务都可以读取，但是不能修改，并且可同时有多个事务对记录加读锁。

写锁，又称排他锁（Exclusive locks，简称 X 锁），或独占锁，对记录加了排他锁之后，只有拥有该锁的事务可以读取和修改，其他事务都不可以读取和修改，并且同一时间只能有一个事务加写锁。

五、读写意向锁

由于表锁和行锁虽然锁定范围不同，但是会相互冲突。所以当你要加表锁时，势必要先遍历该表的所有记录，判断是否加有排他锁。这种遍历检查的方式显然是一种低效的方式，MySQL 引入了意向锁，来检测表锁和行锁的冲突。

意向锁也是表级锁，也可分为读意向锁（IS 锁）和写意向锁（IX 锁）。当事务要在记录上加上读锁或写锁时，要首先在表上加上意向锁。这样判断表中是否有记录加锁就很简单了，只要看下表上是否有意向锁就行了。

意向锁之间是不会产生冲突的，也不和 AUTO_INC 表锁冲突，它只会阻塞表级读锁或表级写锁，另外，意向锁也不会和行锁冲突，行锁只会和行锁冲突。

5.1自增锁

AUTOINC 锁又叫自增锁（一般简写成 AI 锁），是一种表锁，当表中有自增列（AUTOINCREMENT）时出现。当插入表中有自增列时，数据库需要自动生成自增值，它会先为该表加 AUTOINC 表锁，阻塞其他事务的插入操作，这样保证生成的自增值肯定是唯一的。AUTOINC 锁具有如下特点：

• AUTO_INC 锁互不兼容，也就是说同一张表同时只允许有一个自增锁；

• 自增值一旦分配了就会 +1，如果事务回滚，自增值也不会减回去，所以自增值可能会出现中断的情况。

六、不同模式锁的兼容矩阵

图片来自知乎

6.1 总结为下面几点：

意向锁之间互不冲突；

S 锁只和 S/IS 锁兼容，和其他锁都冲突；

X 锁和其他所有锁都冲突；

AI 锁只和意向锁兼容；

S 锁只和 S/IS 锁兼容，和其他锁都冲突；

X 锁和其他所有锁都冲突；

AI 锁只和意向锁兼容；

七、粒度锁

MySQL 不同的存储引擎支持不同的锁机制，所有的存储引擎都以自己的方式显现了锁机制，服务器层完全不了解存储引擎中的锁实现：

• MyISAM 和 MEMORY 存储引擎采用的是表级锁（table-level locking）

• BDB 存储引擎采用的是页面锁（page-level locking），但也支持表级锁

• InnoDB 存储引擎既支持行级锁（row-level locking），也支持表级锁，但默认情况下是采用行级锁。

默认情况下，表锁和行锁都是自动获得的， 不需要额外的命令。

但是在有的情况下， 用户需要明确地进行锁表或者进行事务的控制， 以便确保整个事务的完整性，这样就需要使用事务控制和锁定语句来完成。

八、不同粒度锁的比较：

表级锁：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。

这些存储引擎通过总是一次性同时获取所有需要的锁以及总是按相同的顺序获取表锁来避免死锁。

表级锁更适合于以查询为主，并发用户少，只有少量按索引条件更新数据的应用，如Web 应用

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。

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。

九、页级锁定

锁定颗粒度介于行级锁定与表级锁之间，每页有多行数据，并发处理能力以及获取锁定所需要的资源开销在两者之间；页级锁定主要是BerkeleyDB 存储引擎；

十、表级锁定

一次会将整张表锁定，该锁定机制最大的特点是实现逻辑非常简单，带来的系统负面影响最小，而且可以避免死锁问题；弊端就是锁定资源争用的概率最高，并发处理能力最低；

使用表级锁定的主要是MyISAM，Memory，CSV等一些非事务性存储引擎。

10.1MylSAM表锁

1、表共享读锁 （Table Read Lock）：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、表独占写锁 （Table Write Lock）：会阻塞其他用户对同一表的读和写操作；

10.2 MylSAM加表锁方法

1、当concurrent_insert设置为0时，不允许并发插入。

2、当concurrent_insert设置为1时，如果MyISAM表中没有空洞（即表的中间没有被删除的行），MyISAM允许在一个线程读表的同时，另一个线程从表尾插入记录。这也是MySQL的默认设置。

3、当concurrent_insert设置为2时，无论MyISAM表中有没有空洞，都允许在表尾并发插入记录。

十一、查询表级锁争用情况：

可以通过检查 table_locks_waited 和 table_locks_immediate 状态变量来分析系统上的表锁的争夺，如果 Table_locks_waited 的值比较高，则说明存在着较严重的表级锁争用情况：

11.1 nnoDB 实现了以下两种类型的行锁：

1、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。

2、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。

11.2 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：

1、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。

2、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。

11.1.3 锁模式的兼容情况：

图片来自知乎

十二、InnoDB加锁方法：

12.1 意向锁：

是 InnoDB 自动加的， 不需用户干预。

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；
事务可以通过以下语句显式给记录集加共享锁或排他锁：

12.2 共享锁（S）：

SELECT * FROM table_name WHERE ... LOCK IN SHARE MODE。 其他 session 仍然可以查询记录，并也可以对该记录加 share mode 的共享锁。但是如果当前事务需要对该记录进行更新操作，则很有可能造成死锁。

12.3 排他锁（X)：

SELECT * FROM table_name WHERE ... FOR UPDATE。其他 session 可以查询该记录，但是不能对该记录加共享锁或排他锁，而是等待获得锁

12.4 间隙锁：

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。

十三、死锁（Deadlock Free）

13.1 死锁产生：

死锁是指两个或多个事务在同一资源上相互占用，并请求锁定对方占用的资源，从而导致恶性循环。

当事务试图以不同的顺序锁定资源时，就可能产生死锁。多个事务同时锁定同一个资源时也可能会产生死锁。

锁的行为和顺序和存储引擎相关。以同样的顺序执行语句，有些存储引擎会产生死锁有些不会——死锁有双重原因：真正的数据冲突；存储引擎的实现方式。

13.2 检测死锁：

数据库系统实现了各种死锁检测和死锁超时的机制。InnoDB存储引擎能检测到死锁的循环依赖并立即返回一个错误。

死锁恢复：

死锁发生以后，只有部分或完全回滚其中一个事务，才能打破死锁，InnoDB目前处理死锁的方法是，将持有最少行级排他锁的事务进行回滚。所以事务型应用程序在设计时必须考虑如何处理死锁，多数情况下只需要重新执行因死锁回滚的事务即可。

13.3 外部锁的死锁检测：

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回退，另一个事务获得锁，继续完成事务。但在涉及外部锁，或涉及表锁的情况下，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

13.4 死锁影响性能：

死锁会影响性能而不是会产生严重错误，因为InnoDB会自动检测死锁状况并回滚其中一个受影响的事务。在高并发系统上，当许多线程等待同一个锁时，死锁检测可能导致速度变慢。 有时当发生死锁时，禁用死锁检测（使用innodb_deadlock_detect配置选项）可能会更有效，这时可以依赖innodb_lock_wait_timeout设置进行事务回滚。

13.5 MyISAM避免死锁：

在自动加锁的情况下，MyISAM 总是一次获得 SQL 语句所需要的全部锁，所以 MyISAM 表不会出现死锁。

13.6 InnoDB避免死锁：

为了在单个InnoDB表上执行多个并发写入操作时避免死锁，可以在事务开始时通过为预期要修改的每个元祖（行）使用SELECT ... FOR UPDATE语句来获取必要的锁，即使这些行的更改语句是在之后才执行的。

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，而不应先申请共享锁、更新时再申请排他锁，因为这时候当用户再申请排他锁时，其他事务可能又已经获得了相同记录的共享锁，从而造成锁冲突，甚至死锁。

如果事务需要修改或锁定多个表，则应在每个事务中以相同的顺序使用加锁语句。 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来访问表，这样可以大大降低产生死锁的机会。

通过SELECT ... LOCK IN SHARE MODE获取行的读锁后，如果当前事务再需要对该记录进行更新操作，则很有可能造成死锁。

13.7 改变事务隔离级别

如果出现死锁，可以用 SHOW INNODB STATUS 命令来确定最后一个死锁产生的原因。返回结果中包括死锁相关事务的详细信息，如引发死锁的 SQL 语句，事务已经获得的锁，正在等待什么锁，以及被回滚的事务等。据此可以分析死锁产生的原因和改进措施。

本文中讲解的 SQL 语句都是十分简单的，当 SQL 语句包含多个查询条件时，加锁的分析过程就往往更加复杂。

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