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详解关于数据库 MySQL 的锁机制

2020-04-24 16:55:01 来源 : 数据库开发

一、Mysql为什么要加锁

锁机制用于管理对共享资源的并发访问,是对数据库的一种保护机制,也是数据库在事务操作中保证事务数据一致性和完整性的一种机制。当有多个用户并发的去存取数据时,在数据库中就可能会产生多个事务同时去操作一行数据的情况,如果我们不对此类并发操作不加以控制的话,就可能会读取和存储不正确的数据,最终破坏了数据的一致性;下面请看一种典型的并发更新数据所产生的数据丢失更新问题:

|事务A|事务B|

|--|--|

|beginA||

||beginB|

|selectsalaryformtbwhereid=1(查询结果为1000)||

||selectsalaryformtbwhereid=1(查询结果为1000)|

|updatetbsetsalary=1100whereid=1||

||updatetbsetsalary=1200whereid=1|

|commitA||

||commitB|

异常结果:表中salary字段id为1员工的工资更新为了1200,但是实际上针对该员工的工资进行了两次的修改操作,由于事务B在事务A之后提交,所以首先提交的事务A的更新操作被丢失了,所以我们就需要锁机制来保证这种情况不会发生,保证事务中数据的一致性。

二、锁类型

表锁:开销小,加锁快;不会出现死锁;锁定粒度大,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;

三、MyISAM存储引擎:

表级锁的锁模式: 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);对于MyISAM表的读操作,不会阻塞其他用户对同一个表的读请求,但是会阻塞对同一个表的写请求;对MyISAM表的写操作,则会阻塞其他用户对同一个表的读和写操作;MyISAM表的读操作与写操作之间,以及写操作与写操作之间时串行的。

并发插入(Concurrent Inserts):MyISAM表的读和写是串行的,但这是就总体而言的,在一定的条件下,MyISAM表也可以支持查询和插入操作的并发进行;MyISAM存储引擎有一个系统变量concurrent_insert,专门用以控制其并发插入的行为,其值分为可以为0、1/2。当concurrent_insert设置为0时,则不允许并发插入;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允许在一个进程读表的同时,另一个进程从表尾插入记录,这也是MySQL的默认设置;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。可以利用MyISAM存储引擎此并发插入特性,来解决应用中对同一个表查询和插入的锁争用。例如:将concurrent_insert变量的值设为2,总是允许并发插入操作,同时通过定期在系统空闲时段执行OPTIMIZE TABLE语句来整理空间碎片,回收因删除记录而产生的中间空洞。

MyISAM引擎的锁调度: MyISAM存储引擎的读锁和写锁是互斥的,读写操作时串行的。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个表的写锁,写的优先级比读的优先级更高,所以写进程会先获得锁,即使读请求先到锁的等待队列中,写请求后到锁的等待队列中,写锁页回插入到读锁请求之前执行;我们可以通过一些设置来调节MyISAM的调度行为,通过指定启动参数low-priority-updates,使MyISAM引擎默认给予读请求以优先的权利;通过执行命令SET LOW_PRIORITY_UPDATE=1,使该连接发出的更新请求优先级降低;通过指定INSERT、UPDATE、DELETE语句的LOW_PRIORITY属性,降低该语句的优先级。另外,MySQL也提供了一种折中的办法来调节读写冲突,即给系统参数max_write_lock_count设置一个合适的值,当一个表的读锁达到这个值后,MySQL就暂时将写请求的优先级降低,给读进程一定的获得锁的机会。

四、InnoDB存储引擎:

乐观锁与悲观锁是两种并发控制的思想,可用于解决丢失更新的问题:乐观锁会"乐观的"假定大概率不会发生并发更新冲突,访问、处理数据过程中不加锁,只在更新数据时再根据版本号或时间戳判断是否有冲突,有则处理,无则提交事务;悲观锁会"悲观的"假定大概率会发生并发更新冲突,访问、处理数据前就加排他锁,在整个数据处理过程中锁定数据,事务提交或回滚后才释放锁;

InnoDB存储引擎标准的行级锁:共享锁(S Lock):读锁,允许事务读一行数据;排他锁(X Lock):写锁,允许事务删除或更新一行数据;

 

##事务1

MariaDB[test]>showvariableslike"autocommit";

+---------------+-------+

|Variable_name|Value|

+---------------+-------+

|autocommit|OFF|

+---------------+-------+

1rowinset(0.00sec)

MariaDB[test]>begin;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

MariaDB[test]>updatetb1setname="aaa"whereid=1;

QueryOK,1rowaffected(0.00sec)

Rowsmatched:1Changed:1Warnings:0

MariaDB[test]>commit;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

##事务2:

MariaDB[test]>showvariableslike"autocommit";

+---------------+-------+

|Variable_name|Value|

+---------------+-------+

|autocommit|OFF|

+---------------+-------+

1rowinset(0.00sec)

MariaDB[test]>begin;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

MariaDB[test]>updatetb1setname="haha"whereid=1;

QueryOK,1rowaffected(12.89sec)

Rowsmatched:1Changed:1Warnings:0

MariaDB[test]>rollback;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

MariaDB[test]>select*fromtb1whereid=1;

+----+------+

|id|name|

+----+------+

|1|aaa|

+----+------+

1rowinset(0.00sec)

InnoDB行锁的实现方式:

InnoDB行锁是通过给索引上的索引项加锁的,InnoDB这种行锁实现特点意味着:只有通过索引条件检索数据,InnoDB才使用行级锁,否则InnoDB将使用表锁。在不通过索引条件查询的时候,InnoDB确实是使用表锁而不是行锁;由于MySQL的行锁是针对索引加的锁,不是针对记录加的锁,所以虽然是访问不同行的记录,但是如果是使用相同的索引键,是会出现锁冲突的;当表有多个索引的时候,不同的事务可以使用不同的索引锁定不同的行,另外,无论是使用主键索引、唯一索引或普通索引,InnoDB都会使用行锁来对数据加锁;即便是在条件中使用了索引字段,但是否使用索引来检索数据是由MySQL通过判断不同执行计划的代价来决定的,如果MySQL认为全表扫描效率更高,比如对一些很小的表,它就不会使用索引,这种情况下InnoDB将使用表锁而不是行锁。

意向锁: 意向共享锁(IS Lock):事务想要获得一张表中某几行的共享锁; 意向排他锁(IX Lock):事务想要获得一张表中某几行的排它锁; 查看InnoDB存储引擎的锁信息:

MariaDB[test]>showengineinnodbstatus\G;

MariaDB[test]>showengineinnodbstatus\G;

MariaDB[test]>select*frominformation_schema.innodb_trx\G;

***************************1.row***************************

trx_id:1266629

trx_state:RUNNING

trx_started:2020-01-0816:24:50

trx_requested_lock_id:NULL

trx_wait_started:NULL

trx_weight:0

trx_mysql_thread_id:36696

trx_query:select*frominformation_schema.innodb_trx

trx_operation_state:NULL

trx_tables_in_use:0

trx_tables_locked:0

trx_lock_structs:0

trx_lock_memory_bytes:376

trx_rows_locked:0

trx_rows_modified:0

trx_concurrency_tickets:0

trx_isolation_level:REPEATABLEREAD

trx_unique_checks:1

trx_foreign_key_checks:1

trx_last_foreign_key_error:NULL

trx_adaptive_hash_latched:0

trx_adaptive_hash_timeout:10000

1rowinset(0.00sec)

MariaDB[test]>select*frominformation_schema.innodb_locks\G;

Emptyset(0.00sec)

MariaDB[test]>select*frominformation_schema.innodb_lock_waits\G;

Emptyset(0.00sec)

一致性的非锁定读(Consistent Nonlocking Read): 是指InnoDB存储引擎通过很多个版本控制(multi versioning)的方式来读取当前执行时间数据库中的行的数据。如果读取的行正在执行DELETE或UPDATE操作,这时读取操作不会因此去等待行上的锁的释放;相反,InnoDB存储引擎会去读取行的一个快照数据,快照数据是指该行的之前的版本的数据,该实现是通过undo段来完成的。而undo用来事务中国回滚数据,因此快照数据本身是没有额外的开销。此外,读取快照数据是不需要上锁的,因为没有事务需要对历史数据进行修改操作。然而在不同的事务隔离级别下,对于快照数据,非一致性读总是读取被锁定行的最新一份快照数据,而在REPEATABLE READ事务隔离级别下,对于快照数据,非一致性读总是读取事务开始时的行数据版本。

一致性的锁定读: 显示地对数据库读取操作进行加锁以保证数据逻辑的一致性;SELECT ... FOR UPDATE:对读取的行记录加一个X锁,其他事务不能对已锁定的行加任何的锁;SELECT ... LOCK IN SHARE MODE:对读取的行记录加一个S锁,其他事务可以向被锁定的行加S锁,但是如果加X锁,则会被阻塞;

##事务1

MariaDB[test]>begin;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

MariaDB[test]>select*fromtb1whereid=1forupdate;

+----+------+

|id|name|

+----+------+

|1|aaa|

+----+------+

1rowinset(0.00sec)

MariaDB[test]>rollback;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

##事务2

MariaDB[test]>begin;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

MariaDB[test]>select*fromtb1whereid=1lockinsharemode;

+----+------+

|id|name|

+----+------+

|1|aaa|

+----+------+

1rowinset(11.55sec)

MariaDB[test]>rollback;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

锁算法:

五、死锁

死锁是指两个或两个以上的事务在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象;MyISAM表锁是Deadlock Free的,这时因为MyISAM总是一次获得所需的全部锁,要么全部满足,要么等待,因此不会出现死锁。但在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。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,另外一个事务获得锁,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,需要说明的是,这个参数并不是用来解决死锁问题,在并发访问比较高的情况下,如果大量事务因无法立即获得所需的锁而挂起,会占用大量计算机资源,造成严重性能问题,甚至拖垮数据库。我们通过设置合适的锁等待超时阈值,可以避免这种情况的发生。

##事务1

MariaDB[test]>begin;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

MariaDB[test]>updatetb1setname="jyy"whereid=1;

QueryOK,1rowaffected(0.00sec)

Rowsmatched:1Changed:1Warnings:0

MariaDB[test]>updatetb1setname="xixi"whereid=2;

QueryOK,1rowaffected(8.25sec)

Rowsmatched:1Changed:1Warnings:0

MariaDB[test]>commit;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

MariaDB[test]>select*fromtb1whereidin(1,2);

+----+------+

|id|name|

+----+------+

|1|jyy|

|2|xixi|

+----+------+

2rowsinset(0.00sec)

##事务2

MariaDB[test]>begin;

QueryOK,0rowsaffected(0.00sec)

MariaDB[test]>updatetb1setname="haha"whereid=2;

QueryOK,1rowaffected(0.00sec)

Rowsmatched:1Changed:1Warnings:0

MariaDB[test]>updatetb1setname="heihei"whereid=1;

ERROR1213(40001):Deadlockfoundwhentryingtogetlock;tryrestartingtransaction

避免死锁的常用方法:

1)在应用中,如果不同的程序会并发存取多个表,应该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。在上面的例子中,由于两个session访问表的顺序不同,发生死锁的机会就非常高,但是如果以相同的顺序来访问,死锁就可以避免;

2)在程序以批量方式处理数据的时候,如果事先对数据排序,保证每个线程按固定的顺序来处理记录,也可以大大降低出现死锁的可能;

3)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,而不应该先申请共享锁,从而造成锁冲突,甚至死锁;

4)在REPEATABLE-READ隔离级别下,如果两个线程同时对相同条件记录用SELECT...FOR UPDATE加排他锁,在没有符合该条件记录情况下,两个线程都会加锁成功。程序发现记录尚不存在,就试图插入一条记录,如果两个线程都这么做,就会出现死锁,这种情况下,将隔离级别READ COMMITTED就可以避免问题;

5)当隔离级别为READ COMMITTED时,如果两个线程都先执行SELECT...FOR UPDATE,判断是否存在符合条件的记录,如果没有,就插入记录。此时,只有一个线程能插入成功,另外一个线程就会出现锁等待,当第一个线程提交后,第二个线程会因为主键冲突出错,但虽然这个线程出错了,却会获得一个排他锁,这时如果有第三个线程又来申请排它锁,也会出现死锁。

6)如果出现了死锁,可以使用上面的检查锁信息的SQL命令来确定最后一个死锁产生的原因。返回结果中国包括死锁相关的事务的详细信息,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。

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