数据库 锁机制

Posted 2020-09-17 v斌v

锁的基本原理

为了保证数据的完事性和一致性，数据库系统采用锁来实现事务的隔离性。各种大型数据库采用的锁基本理论是一致的，但在具体实现上各有差别。

从并发事务锁定的关系上看，可以分为共享锁定和独占锁定。从锁定的对象不同，一般可以分为表锁定和行锁定。

锁

共享锁用于读取数据操作，它是非独占的，允许其他事务同时读取其锁定的资源，但不允许其他事务更新它。

独占锁也叫排他锁，适用于修改数据的场合。它所锁定的资源，其他事务不能读取也不能修改。

当一个事务访问某种数据库资源时，如果执行select语句，必须先获得共享锁，如果执行insert、update或delete语句，必须获得独占锁，这些锁用于锁定被操作的资源。

当第二个事务也要访问相同的资源时，如果执行select语句，也必须先获得共享锁，如果执行insert、update或delete语句，也必须获得独占锁。此时根据已经旋转在资源上的锁的类型，来决定第二个事务应该等待第一个事务解除对应资源的锁定，还是可以立刻获得锁。

资源上已经放置的锁	第二个事务进行读操作	第二个事务进行更新操作
无	立即获得共享锁	立即获得独占锁
共享锁	立即获得共享锁	等待第一个事务解除共享锁
独占锁	等待第一个事务解除独占锁	等待第一个事务解除独占锁

 

1　共享锁

1、加锁的条件：当一个事务执行select语句时，数据库系统会为这个事务分配一把共享锁，来锁定被查询的数据。

2、解锁的条件：在默认情况下，数据被读取后，数据库系统立即解除共享锁。例如，当一个事务执行查询“SELECT * FROM accounts”语句时，数据库系统首先锁定第一行，读取之后，解除对第一行的锁定，然后锁定第二行。这样，在一个事务读操作过程中，允许其他事务同时更新accounts表中未锁定的行。

3、与其他锁的兼容性：如果数据资源上放置了共享锁，还能再放置共享锁和更新锁。

4、并发性能：具有良好的并发性能，当数据被放置共享锁后，还可以再放置共享锁或更新锁。所以并发性能很好。 

2　独占锁

1、加锁的条件：当一个事务执行insert、update或delete语句时，数据库系统会自动对SQL语句操纵的数据资源使用独占锁。如果该数据资源已经有其他锁（任何锁）存在时，就无法对其再放置独占锁了。

2、解锁的条件：独占锁需要等到事务结束才能被解除。

3、兼容性：独占锁不能和其他锁兼容，如果数据资源上已经加了独占锁，就不能再放置其他的锁了。同样，如果数据资源上已经放置了其他锁，那么也就不能再放置独占锁了。

4、并发性能：不用说了，最差。只允许一个事务访问锁定的数据，如果其他事务也需要访问该数据，就必须等待，起到前一个事务结束，解除了独占锁，其他事务才有机会访问该数据。

3　更新锁

更新锁在的初始化阶段用来锁定可能要被修改的资源，这可以避免使用共享锁造成的死锁现象。例如，对于以下的update语句：

UPDATE accounts SET balance=900 WHERE id=1

更新操作需要分两步：

l 读取accounts表中id为1的记录。

l 执行更新操作。

如果在第一步使用共享锁，再第二步把锁升级为独占锁，就可能出现死锁现象。例如：两个事务都获取了同一数据资源的共享锁，然后都要把锁升级为独占锁，但需要等待另一个事务解除共享锁才能升级为独占锁，这就造成了死锁。

更新锁有如下特征：

l 加锁的条件：当一个事务执行update语句时，数据库系统会先为事务分配一把更新锁。

l 解锁的条件：当读取数据完毕，执行更新操作时，会把更新锁升级为独占锁。

l 与其他锁的兼容性：更新锁与共享锁是兼容的，也就是说，一个资源可以同时放置更新锁和共享锁，但是最多放置一把更新锁。这样，当多个事务更新相同的数据时，只有一个事务能获得更新锁，然后再把更新锁升级为独占锁，其他事务必须等到前一个事务结束后，才能获取得更新锁，这就避免了死锁。

l 并发性能：允许多个事务同时读锁定的资源，但不允许其他事务修改它。

 

MySQL行级锁、表级锁、页级锁介绍

页级:引擎 BDB。
表级:引擎 MyISAM ， 理解为锁住整个表，可以同时读，写不行
行级:引擎 INNODB ， 单独的一行记录加锁

表级，直接锁定整张表，在你锁定期间，其它进程无法对该表进行写操作。如果你是写锁，则其它进程则读也不允许
行级,，仅对指定的记录进行加锁，这样其它进程还是可以对同一个表中的其它记录进行操作。
页级，表级锁速度快，但冲突多，行级冲突少，但速度慢。所以取了折衷的页级，一次锁定相邻的一组记录。

mysql 5.1支持对MyISAM和MEMORY表进行表级锁定，对BDB表进行页级锁定，对InnoDB表进行行级锁定。
对WRITE，MySQL使用的表锁定方法原理如下：
如果在表上没有锁，在它上面放一个写锁。
否则，把锁定请求放在写锁定队列中。

对READ，MySQL使用的锁定方法原理如下：
如果在表上没有写锁定，把一个读锁定放在它上面
否则，把锁请求放在读锁定队列中。

InnoDB使用行锁定，BDB使用页锁定。对于这两种存储引擎，都可能存在死锁。这是因为，在SQL语句处理期间，InnoDB自动获得行锁定和BDB获得页锁定，而不是在事务启动时获得。

行级锁定的优点：
· 当在许多线程中访问不同的行时只存在少量锁定冲突。
· 回滚时只有少量的更改。
· 可以长时间锁定单一的行。

行级锁定的缺点：
· 比页级或表级锁定占用更多的内存。
· 当在表的大部分中使用时，比页级或表级锁定速度慢，因为你必须获取更多的锁。
· 如果你在大部分数据上经常进行GROUP BY操作或者必须经常扫描整个表，比其它锁定明显慢很多。
· 用高级别锁定，通过支持不同的类型锁定，你也可以很容易地调节应用程序，因为其锁成本小于行级锁定。

在以下情况下，表锁定优先于页级或行级锁定：
· 表的大部分语句用于读取。
· 对严格的关键字进行读取和更新，你可以更新或删除可以用单一的读取的关键字来提取的一行：
· UPDATE tbl_name SET column=value WHERE unique_key_col=key_value;
· DELETE FROM tbl_name WHERE unique_key_col=key_value;
· SELECT 结合并行的INSERT语句，并且只有很少的UPDATE或DELETE语句。
· 在整个表上有许多扫描或GROUP BY操作，没有任何写操作。

/* ========================= mysql 锁表类型和解锁语句 ========================= */

如果想要在一个表上做大量的 INSERT 和 SELECT 操作，但是并行的插入却不可能时，可以将记录插入到临时表中，然后定期将临时表中的数据更新到实际的表里。可以用以下命令实现：

复制代码 代码如下:

mysql> LOCK TABLES real_table WRITE, insert_table WRITE;
mysql> INSERT INTO real_table SELECT * FROM insert_table;
mysql> TRUNCATE TABLE insert_table;
mysql> UNLOCK TABLES;

 

行级锁的优点有：
在很多线程请求不同记录时减少冲突锁。
事务回滚时减少改变数据。
使长时间对单独的一行记录加锁成为可能。

行级锁的缺点有：
比页级锁和表级锁消耗更多的内存。
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，不同的数据库的锁机制大同小异。由于数据库资源是一种供许多用户共享的资源，所以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。了解锁机制不仅可以使我们更有效的开发利用数据库资源，也使我们能够更好地维护数据库，从而提高数据库的性能。

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。

例如，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），同时也支持表级锁；InnoDB存储引擎既支持行级锁，也支持表级锁，默认情况下是采用行级锁。

上述三种锁的特性可大致归纳如下：
1） 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。
2） 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。
3） 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。

三种锁各有各的特点，若仅从锁的角度来说，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；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。

MySQL表级锁有两种模式：表共享读锁（Table Read Lock）和表独占写锁（Table Write Lock）。什么意思呢，就是说对MyISAM表进行读操作时，它不会阻塞其他用户对同一表的读请求，但会阻塞 对同一表的写操作；而对MyISAM表的写操作，则会阻塞其他用户对同一表的读和写操作。

MyISAM表的读和写是串行的，即在进行读操作时不能进行写操作，反之也是一样。但在一定条件下MyISAM表也支持查询和插入的操作的并发进行，其机制是通过控制一个系统变量（concurrent_insert）来进行的，当其值设置为0时，不允许并发插入；当其值设置为1 时，如果MyISAM表中没有空洞（即表中没有被删除的行），MyISAM允许在一个进程读表的同时，另一个进程从表尾插入记录；当其值设置为2时，无论MyISAM表中有没有空洞，都允许在表尾并发插入记录。

MyISAM锁调度是如何实现的呢，这也是一个很关键的问题。例如，当一个进程请求某个MyISAM表的读锁，同时另一个进程也请求同一表的写锁，此时MySQL将会如优先处理进程呢？通过研究表明，写进程将先获得锁（即使读请求先到锁等待队列）。但这也造成一个很大的缺陷，即大量的写操作会造成查询操作很难获得读锁，从而可能造成永远阻塞。所幸我们可以通过一些设置来调节MyISAM的调度行为。我们可通过指定参数low-priority-updates，使MyISAM默认引擎给予读请求以优先的权利，设置其值为1（set low_priority_updates=1),使优先级降低。

InnoDB锁与MyISAM锁的最大不同在于：一是支持事务（TRANCSACTION），二是采用了行级锁。我们知道事务是由一组SQL语句组成的逻辑处理单元，其有四个属性（简称ACID属性），分别为：

原子性（Atomicity）：事务是一个原子操作单元，其对数据的修改，要么全部执行，要么全都不执行；
一致性（Consistent）：在事务开始和完成时，数据都必须保持一致状态；
隔离性（Isolation）：数据库系统提供一定的隔离机制，保证事务在不受外部并发操作影响的“独立”环境执行；
持久性（Durable）：事务完成之后，它对于数据的修改是永久性的，即使出现系统故障也能够保持。

InnoDB有两种模式的行锁：

1）共享锁：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。
( Select * from table_name where ......lock in share mode)

2）排他锁：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。(select * from table_name where.....for update)
为了允许行锁和表锁共存，实现多粒度锁机制；同时还有两种内部使用的意向锁（都是表锁），分别为意向共享锁和意向排他锁。
InnoDB行锁是通过给索引项加锁来实现的，即只有通过索引条件检索数据，InnoDB才使用行级锁，否则将使用表锁！

另外：插入，更新性能优化的几个重要参数

复制代码 代码如下:

bulk_insert_buffer_size
批量插入缓存大小, 这个参数是针对MyISAM存储引擎来说的.适用于在一次性插入100-1000+条记录时, 提高效率.默认值是8M.可以针对数据量的大小,翻倍增加.

 

concurrent_insert
并发插入, 当表没有空洞(删除过记录), 在某进程获取读锁的情况下,其他进程可以在表尾部进行插入.

值可以设0不允许并发插入, 1当表没有空洞时, 执行并发插入, 2不管是否有空洞都执行并发插入.
默认是1 针对表的删除频率来设置.

delay_key_write
针对MyISAM存储引擎,延迟更新索引.意思是说,update记录时,先将数据up到磁盘,但不up索引,将索引存在内存里,当表关闭时,将内存索引,写到磁盘. 值为 0不开启, 1开启. 默认开启.

delayed_insert_limit, delayed_insert_timeout, delayed_queue_size
延迟插入, 将数据先交给内存队列, 然后慢慢地插入.但是这些配置,不是所有的存储引擎都支持, 目前来看, 常用的InnoDB不支持, MyISAM支持. 根据实际情况调大, 一般默认够用了

/* ==================== MySQL InnoDB 锁表与锁行 ======================== */

 

由于InnoDB预设是Row-Level Lock，所以只有「明确」的指定主键，MySQL才会执行Row lock (只锁住被选取的资料例) ，否则MySQL将会执行Table Lock (将整个资料表单给锁住)。

举个例子: 假设有个表单products ，里面有id跟name二个栏位，id是主键。

例1: (明确指定主键，并且有此笔资料，row lock)

复制代码 代码如下:

SELECT * FROM products WHERE id=‘3‘ FOR UPDATE;
SELECT * FROM products WHERE id=‘3‘ and type=1 FOR UPDATE;

 

例2: (明确指定主键，若查无此笔资料，无lock)

复制代码 代码如下:

SELECT * FROM products WHERE id=‘-1‘ FOR UPDATE;

 

例3: (无主键，table lock)

复制代码 代码如下:

SELECT * FROM products WHERE name=‘Mouse‘ FOR UPDATE;

 

例4: (主键不明确，table lock)

复制代码 代码如下:

SELECT * FROM products WHERE id<>‘3‘ FOR UPDATE;

 

例5: (主键不明确，table lock)

复制代码 代码如下:

SELECT * FROM products WHERE id LIKE ‘3‘ FOR UPDATE;

 

注1: FOR UPDATE仅适用于InnoDB，且必须在交易区块(BEGIN/COMMIT)中才能生效。
注2: 要测试锁定的状况，可以利用MySQL的Command Mode ，开二个视窗来做测试。

在MySql 5.0中测试确实是这样的

另外：MyAsim 只支持表级锁，InnerDB支持行级锁
添加了(行级锁/表级锁)锁的数据不能被其它事务再锁定，也不被其它事务修改（修改、删除）
是表级锁时，不管是否查询到记录，都会锁定表
此外，如果A与B都对表id进行查询但查询不到记录，则A与B在查询上不会进行row锁，但A与B都会获取排它锁，此时A再插入一条记录的话则会因为B已经有锁而处于等待中，此时B再插入一条同样的数据则会抛出Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction然后释放锁，此时A就获得了锁而插入成功