数据库中的锁

Posted 2022-12-18 kexinxin

数据库中的锁

锁分类

按锁的粒度划分：表级锁、行级锁、页级锁

按锁级别划分：共享锁、排它锁、意向锁

按加锁方式划分：自动锁、显示锁

按使用方式划分：乐观锁、悲观锁

mysql中的行级锁、表级锁和页级锁

行级锁：行级锁分为共享锁和排他锁。行级锁是MySQL中锁定粒度最细的锁。InnoDB引擎支持行级锁和表级锁，只有在通过索引条件检索数据的时候，才使用行级锁，否就使用表级锁。行级锁开销大，加锁慢，锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低，并发度最高。

表级锁：表级锁分为表共享锁和表独占锁。表级锁开销小，加锁快，锁定粒度大，发生锁冲突最高，并发度最低

页级锁：页级锁是MySQL中锁定粒度介于行级锁和表级锁中间的一种锁。表级锁速度快，但冲突多，行级冲突少，但速度慢。所以取了折中的页级，一次锁定相邻的一组记录。BDB支持页级锁。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。

MySQL中排它锁和共享锁

排它锁（exclusive lock）

排他锁又叫写锁，如果事务T对A加上排它锁，则其他事务都不能对A加任何类型的锁。获准排它锁的事务既能读数据，又能写数据

共享锁（share lock）

共享锁又叫读锁，如果事务T对A加上共享锁，则其他事务只能对A再加共享锁，不能加其他锁。共享锁的事务只能读数据，不能写数据。

意向锁

其实有排它锁和共享锁就足够了为什么还需要有意向锁，这里举一个比较形象的例子：

在mysql中有表锁，读锁锁表，会阻塞其他事务修改表数据。写锁锁表，会阻塞其他事务读和写。

1. Innodb引擎又支持行锁，行锁分为共享锁，一个事务对一行的共享只读锁。排它锁，一个事务对一行的排他读写锁。
2. 这两中类型的锁共存的问题考虑这个例子：事务A锁住了表中的一行，让这一行只能读，不能写。之后，事务B申请整个表的写锁。如果事务B申请成功，那么理论上它就能修改表中的任意一行，这与A持有的行锁是冲突的。数据库需要避免这种冲突，就是说要让B的申请被阻塞，直到A释放了行锁。

 

数据库要怎么判断这个冲突呢？

• step1：判断表是否已被其他事务用表锁锁表
• step2：判断表中的每一行是否已被行锁锁住。

注意step2，这样的判断方法效率实在不高，因为需要遍历整个表。于是就有了意向锁。在意向锁存在的情况下，事务A必须先申请表的意向共享锁，成功后再申请一行的行锁。

在意向锁存在的情况下，上面的判断可以改成

• step1：不变
• step2：发现表上有意向共享锁，说明表中有些行被共享行锁锁住了，因此，事务B申请表的写锁会被阻塞。

注意：申请意向锁的动作是数据库完成的，就是说，事务A申请一行的行锁的时候，数据库会自动先开始申请表的意向锁，不需要我们程序员使用代码来申请。

 

 

InnoDB的锁定模式实际上可以分为四种：共享锁（S）、排它锁（X）、意向共享锁（IS）和意向排它锁（IX），我们可以通过以下表来总结上面四种锁的共存逻辑关系：

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。
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；

数据库隔离级别

Read Uncommitted，读写均不使用锁，数据的一致性最差，也会出现许多逻辑错误。

Read committed，使用写锁，但是读会出现不一致，不可重复度

Repeatable Read，使用读锁和写锁，解决不可重复读的问题，但会有幻读

Serializable，使用事务串行化调度，避免出现因为插入数据没法加锁导致的不一致的情况

 

读不提交，造成脏读（Read Uncommitted）

一个事务中的读操作可能读到另一个事务中未提交修改的数据，如果事务发生回滚就可能造成错误。

例子：A打100块给B，B看账户，这是两个操作，针对同一个数据库，两个事物，如果B读到了A事务中的100块，认为钱打过来了，但是A的事务最后回滚了，造成损失。

避免这些事情的发生就需要我们在写操作的时候加锁，使读写分离，保证读数据的时候，数据不被修改，写数据的时候，数据不被读取。从而保证写的同时不能被另个事务写和读。

读提交（Read Committed）

我们加了写锁，就可以保证不出现脏读，也就是保证读的都是提交之后的数据，但是会造成不可重读，即读的时候不加锁，一个读的事务过程中，如果读取数据两次，在两次之间有写事务修改了数据，将会导致两次读取的结果不一致，从而导致逻辑错误。

可重复度（Repeatable Read）

解决不可重复读问题，一个事务中如果有多次读取操作，读取结果需要一致（指的是固定一条数据的一致，幻读指的是查询出的数量不一致）。 这就牵涉到事务中是否加读锁，并且读操作加锁后是否在事务commit之前持有锁的问题，如果不加读锁，必然出现不可重复读，如果加锁读完立即释放，不持有，那么就可能在其他事务中被修改，若其他事务已经执行完成，此时该事务中再次读取就会出现不可重复读，

可串行话（Serializable）

解决幻读问题，在同一个事务中，同一个查询多次返回的结果不一致。事务A新增了一条记录，事务B在事务A提交前后各执行了一次查询操作，发现后一次比前一次多了一条记录。幻读是由于并发事务增加记录导致的，这个不能像不可重复读通过记录加锁解决，因为对于新增的记录根本无法加锁。需要将事务串行化，才能避免幻读。

这是最高的隔离级别，它通过强制事务排序，使之不可能相互冲突，从而解决幻读问题。简言之，它是在每个读的数据行上加上共享锁。在这个级别，可能导致大量的超时现象和锁竞争

 

MySQL默认的事务隔离级别为可重复读

间隙锁（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）。 
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；另外一方面，是为了满足其恢复和复制的需要。

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。

还要特别说明的是，InnoDB除了通过范围条件加锁时使用间隙锁外，如果使用相等条件请求给一个不存在的记录加锁，InnoDB也会使用间隙锁！下面这个例子假设emp表中只有101条记录，其empid的值分别是1,2,……,100,101。 

InnoDB存储引擎的间隙锁阻塞例子 

MVCC

MVCC（Multi-Version Concurrency Control）即多版本并发控制。

MySQL的大多数事务型（如InnoDB,Falcon等）存储引擎实现的都不是简单的行级锁。基于提升并发性能的考虑，他们一般都同时实现了MVCC。当前不仅仅是MySQL,其它数据库系统（如Oracle,PostgreSQL）也都实现了MVCC。MVCC并没有一个统一的实现标准，所以不同的数据库，不同的存储引擎的实现都不尽相同。

MVCC是通过在每行记录后面保存两个隐藏的列来实现的。这两个列，一个保存了行的创建时间，一个保存行的过期时间（或删除时间）。当然存储的并不是实际的时间值，而是系统版本号（system version number)。每开始一个新的事务，系统版本号都会自动递增。事务开始时刻的系统版本号会作为事务的版本号，用来和查询到的每行记录的版本号进行比较。

下面看一下在REPEATABLE READ隔离级别下，MVCC具体是如何操作的。

SELECT

InnoDB会根据以下两个条件检查每行记录：

1. InnoDB只查找版本早于当前事务版本的数据行（也就是，行的系统版本号小于或等于事务的系统版本号），这样可以确保事务读取的行，要么是在事务开始前已经存在的，要么是事务自身插入或者修改过的。
2. 行的删除版本要么未定义，要么大于当前事务版本号。这可以确保事务读取到的行，在事务开始之前未被删除。

只有符合上述两个条件的记录，才能返回作为查询结果

INSERT

InnoDB为新插入的每一行保存当前系统版本号作为行版本号。

DELETE

InnoDB为删除的每一行保存当前系统版本号作为行删除标识。

UPDATE

InnoDB为插入一行新记录，保存当前系统版本号作为行版本号，同时保存当前系统版本号到原来的行作为行删除标识。
保存这两个额外系统版本号，使大多数读操作都可以不用加锁。这样设计使得读数据操作很简单，性能很好，并且也能保证只会读取到符合标准的行，不足之处是每行记录都需要额外的存储空间，需要做更多的行检查工作，以及一些额外的维护工作

举例说明

transaction 1:

假设系统初始事务ID为1；

transaction 2:

SELECT

假设当执行事务2的过程中，准备执行语句(2)时，开始执行事务3：

transaction 3:

事务3执行完毕，开始执行事务2 语句2，由于事务2只能查询创建时间小于等于2的，所以事务3新增的记录在事务2中是查不出来的，这就通过乐观锁的方式避免了幻读的产生

UPDATE

假设当执行事务2的过程中，准备执行语句(2)时，开始执行事务4：

transaction session 4:

InnoDB执行UPDATE，实际上是新插入了一行记录，并保存其创建时间为当前事务的ID，同时保存当前事务ID到要UPDATE的行的删除时间

事务4执行完毕，开始执行事务2 语句2，由于事务2只能查询创建时间小于等于2的，所以事务修改的记录在事务2中是查不出来的，这样就保证了事务在两次读取时读取到的数据的状态是一致的

DELETE

假设当执行事务2的过程中，准备执行语句(2)时，开始执行事务5：

transaction session 5:

事务5执行完毕，开始执行事务2 语句2，由于事务2只能查询创建时间小于等于2、并且过期时间大于等于2，所以id=2的记录在事务2 语句2中，也是可以查出来的,这样就保证了事务在两次读取时读取到的数据的状态是一致的