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数据库必备神器之锁底层原理是什么?

作者:51CTO出处:论坛2018-10-16 18:05

      今天要为大家带来关于数据库的锁底层相关知识,希望对大家有所帮助。

      在mysql中的锁看起来是很复杂的,因为有一大堆的东西和名词:排它锁,共享锁,表锁,页锁,间隙锁,意向排它锁,意向共享锁,行锁,读锁,写锁,乐观锁,悲观锁,死锁。这些名词有的博客又直接写锁的英文的简写--->X锁,S锁,IS锁,IX锁,MMVC...

      锁的相关知识又跟存储引擎,索引,事务的隔离级别都是关联的....

      这就给初学数据库锁的人带来不少的麻烦~~~于是我下面就简单整理一下数据库锁的知识点,希望大家看完会有所帮助。

1、为什么需要学习数据库锁知识

不少人在开发的时候,应该很少会注意到这些锁的问题,也很少会给程序加锁(除了库存这些对数量准确性要求极高的情况下)

一般也就听过常说的乐观锁和悲观锁,了解过基本的含义之后就没了~~~

定心丸:即使我们不会这些锁知识,我们的程序在一般情况下还是可以跑得好好的。因为这些锁数据库隐式帮我们加了:

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

只会在某些特定的场景下才需要手动加锁,学习数据库锁知识就是为了:

  •  能让我们在特定的场景下派得上用场
  •  更好把控自己写的程序
  •  在跟别人聊数据库技术的时候可以搭上几句话
  •  构建自己的知识库体系!在面试的时候不虚

2、表锁简单介绍

首先,从锁的粒度,我们可以分成两大类:

  •  表锁开销小,加锁快;不会出现死锁;锁定力度大,发生锁冲突概率高,并发度最低;
  •  行锁开销大,加锁慢;会出现死锁;锁定粒度小,发生锁冲突的概率低,并发度高;

不同的存储引擎支持的锁粒度是不一样的:

  •  InnoDB行锁和表锁都支持!
  •  MyISAM只支持表锁!

InnoDB只有通过索引条件检索数据才使用行级锁,否则,InnoDB将使用表锁

  •  也就是说,InnoDB的行锁是基于索引的!

表锁下又分为两种模式:

  •  表读锁(Table Read Lock)
  •  表写锁(Table Write Lock)
  •  从下图可以清晰看到,在表读锁和表写锁的环境下:读读不阻塞,读写阻塞,写写阻塞!
  •  读读不阻塞:当前用户在读数据,其他的用户也在读数据,不会加锁
  •  读写阻塞:当前用户在读数据,其他的用户不能修改当前用户读的数据,会加锁!
  •  写写阻塞:当前用户在修改数据,其他的用户不能修改当前用户正在修改的数据,会加锁!

从上面已经看到了:读锁和写锁是互斥的,读写操作是串行。

  •  如果某个进程想要获取读锁,同时另外一个进程想要获取写锁。在mysql里边,写锁是优先于读锁的!
  •  写锁和读锁优先级的问题是可以通过参数调节的:max_write_lock_count和low-priority-updates

值得注意的是:

  •   MyISAM可以支持查询和插入操作的并发进行。可以通过系统变量concurrent_insert来指定哪种模式,在MyISAM中它默认是:如果MyISAM表中没有空洞(即表的中间没有被删除的行),MyISAM允许在一个进程读表的同时,另一个进程从表尾插入记录。
  •  但是InnoDB存储引擎是不支持的!

3、乐观锁和悲观锁

无论是Read committed还是Repeatable read隔离级别,都是为了解决读写冲突的问题。

单纯在Repeatable read隔离级别下我们来考虑一个问题:

此时,用户李四的操作就丢失掉了:

  •  丢失更新:一个事务的更新覆盖了其它事务的更新结果。

(ps:暂时没有想到比较好的例子来说明更新丢失的问题,虽然上面的例子也是更新丢失,但一定程度上是可接受的..不知道有没有人能想到不可接受的更新丢失例子呢...)

解决的方法:

  •  使用Serializable隔离级别,事务是串行执行的!
  •  乐观锁
  •  悲观锁
  •  乐观锁是一种思想,具体实现是,表中有一个版本字段,第一次读的时候,获取到这个字段。处理完业务逻辑开始更新的时候,需要再次查看该字段的值是否和第一次的一样。如果一样更新,反之拒绝。之所以叫乐观,因为这个模式没有从数据库加锁,等到更新的时候再判断是否可以更新。
  •  悲观锁是数据库层面加锁,都会阻塞去等待锁。

3.1、悲观锁

所以,按照上面的例子。我们使用悲观锁的话其实很简单(手动加行锁就行了):

  •  select * from xxxx for update

在select 语句后边加了 for update相当于加了排它锁(写锁),加了写锁以后,其他的事务就不能对它修改了!需要等待当前事务修改完之后才可以修改.

  •  也就是说,如果张三使用select ... for update,李四就无法对该条记录修改了~

3.2、乐观锁

乐观锁不是数据库层面上的锁,是需要自己手动去加的锁。一般我们添加一个版本字段来实现:

具体过程是这样的:

张三select * from table --->会查询出记录出来,同时会有一个version字段

李四select * from table --->会查询出记录出来,同时会有一个version字段

李四对这条记录做修改:update A set Name=lisi,version=version+1 where ID=#{id} and version=#{version},判断之前查询到的version与现在的数据的version进行比较,同时会更新version字段

此时数据库记录如下:

张三也对这条记录修改:update A set Name=lisi,version=version+1 where ID=#{id} and version=#{version},但失败了!因为当前数据库中的版本跟查询出来的版本不一致!

4、间隙锁GAP

当我们用范围条件检索数据而不是相等条件检索数据,并请求共享或排他锁时,InnoDB会给符合范围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。

值得注意的是:间隙锁只会在Repeatable read隔离级别下使用~

例子:假如emp表中只有101条记录,其empid的值分别是1,2,...,100,101

Select * from emp where empid > 100 for update;

上面是一个范围查询,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使用间隙锁的目的有两个:

  •  为了防止幻读(上面也说了,Repeatable read隔离级别下再通过GAP锁即可避免了幻读)
  •  满足恢复和复制的需要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

5、死锁

并发的问题就少不了死锁,在MySQL中同样会存在死锁的问题。

但一般来说MySQL通过回滚帮我们解决了不少死锁的问题了,但死锁是无法完全避免的,可以通过以下的经验参考,来尽可能少遇到死锁:

  1)以固定的顺序访问表和行。比如对两个job批量更新的情形,简单方法是对id列表先排序,后执行,这样就避免了交叉等待锁的情形;将两个事务的sql顺序调整为一致,也能避免死锁。

  2)大事务拆小。大事务更倾向于死锁,如果业务允许,将大事务拆小。

  3)在同一个事务中,尽可能做到一次锁定所需要的所有资源,减少死锁概率。

  4)降低隔离级别。如果业务允许,将隔离级别调低也是较好的选择,比如将隔离级别从RR调整为RC,可以避免掉很多因为gap锁造成的死锁。

  5)为表添加合理的索引。可以看到如果不走索引将会为表的每一行记录添加上锁,死锁的概率大大增大。

6、锁总结

上面说了一大堆关于MySQL数据库锁的东西,现在来简单总结一下。

表锁其实我们程序员是很少关心它的:

  •  在MyISAM存储引擎中,当执行SQL语句的时候是自动加的。
  •  在InnoDB存储引擎中,如果没有使用索引,表锁也是自动加的。

现在我们大多数使用MySQL都是使用InnoDB,InnoDB支持行锁:

  •  共享锁--读锁--S锁
  •  排它锁--写锁--X锁

在默认的情况下,select是不加任何行锁的~事务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_name WHERE ... LOCK IN SHARE MODE。
  •  排他锁(X):SELECT * FROM table_name WHERE ... FOR UPDATE。

InnoDB基于行锁还实现了MVCC多版本并发控制,MVCC在隔离级别下的Read committed和Repeatable read下工作。MVCC能够实现读写不阻塞!

InnoDB实现的Repeatable read隔离级别配合GAP间隙锁已经避免了幻读!

  •  乐观锁其实是一种思想,正如其名:认为不会锁定的情况下去更新数据,如果发现不对劲,才不更新(回滚)。在数据库中往往添加一个version字段来实现。
  •  悲观锁用的就是数据库的行锁,认为数据库会发生并发冲突,直接上来就把数据锁住,其他事务不能修改,直至提交了当前事务

三、总结

本文主要介绍了数据库中比较重要的知识点:锁,希望对大家有所帮助。

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关键词:数据库,锁底层

责任编辑:林音子

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