1 锁概述
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(避免资源争抢)
。
数据库中的锁可以用来解决因为并发访问导致数据出现的一些问题,如事务中的脏读,不可重复读机制。
在数据库中,除传统的计算资源(如 CPU、RAM、I/O 等)的争用以外,数据也是一种供许多用户共享的资源。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。从这个角度来说,锁对数据库而言显得尤其重要,也更加复杂。
2.锁分类
从对数据操作的粒度分 :
1)
表锁:操作时,会锁定整个表
。
2)
行锁:操作时,会锁定当前操作行
。
从对数据操作的类型分:
1)
读锁(共享锁):针对同一份数据,多个读操作可以同时进行而不会互相影响
。
2)
写锁(排它锁):当前操作没有完成之前,它会阻断其他写锁和读锁
。
3.Mysql 锁
相对其他数据库而言,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。下表中罗列出了各存储引擎对锁的支持情况:
存储引擎
表级锁
行级锁
页面锁
MyISAM
支持
不支持
不支持
InnoDB
支持
支持
不支持
MEMORY
支持
不支持
不支持
BDB
支持
不支持
支持
MyISAM 默认支持表级锁,不支持行级锁。InnoDB既支持表级锁,又支持行级锁,默认支持的是行级锁。
MySQL这3种锁的特性可大致归纳如下 :
锁类型
特点
表级锁
偏向MyISAM 存储引擎,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
。
行级锁
偏向InnoDB 存储引擎,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
。
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。
从上述特点可见,很难笼统地说哪种锁更好,
只能就具体应用的特点来说哪种锁更合适
!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;而行级锁则更适合于有大量按索引条件并发更新少量不同数据,同时又有并查询的应用,如一些在线事务处理(OLTP)系统
。
4.MyISAM 表锁
MyISAM 存储引擎只支持表锁,这也是MySQL开始几个版本中唯一支持的锁类型。
4.1 如何加表锁
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,因此,用户一般不需要直接用 LOCK TABLE 命令给 MyISAM 表显式加锁
。
显示加表锁语法:
加读锁 : lock table table_name read ;
加写锁 : lock table table_name write ;
4.2 读锁案例
4.2.1.准备环境
create database demo_03 default charset = utf8mb4;
use demo_03;
CREATE TABLE ` tb_book
` (
` id` INT ( 11 ) auto_increment ,
` name` VARCHAR ( 50 ) DEFAULT NULL ,
` publish_time` DATE DEFAULT NULL ,
` status ` CHAR ( 1 ) DEFAULT NULL ,
PRIMARY KEY ( ` id` )
) ENGINE = myisam DEFAULT CHARSET = utf8 ;
INSERT INTO tb_book ( id, name, publish_time, status ) VALUES ( NULL , 'java编程思想' , '2088-08-01' , '1' ) ;
INSERT INTO tb_book ( id, name, publish_time, status ) VALUES ( NULL , 'solr编程思想' , '2088-08-08' , '0' ) ;
CREATE TABLE ` tb_user` (
` id` INT ( 11 ) auto_increment ,
` name` VARCHAR ( 50 ) DEFAULT NULL ,
PRIMARY KEY ( ` id` )
) ENGINE = myisam DEFAULT CHARSET = utf8 ;
INSERT INTO tb_user ( id, name) VALUES ( NULL , '令狐冲' ) ;
INSERT INTO tb_user ( id, name) VALUES ( NULL , '田伯光' ) ;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
另外,我们需要同时开启两个MySQL客户端。以便我们进行并发的读写操作。
4.2.2.加读锁后查询案例
我们在两个客户端中执行查找表操作。
客户端 一 :
1)获得tb_book 表的读锁
lock table tb_book read ;
2) 执行查询操作
mysql> select * from
tb_book;
+
| id | name | publish_time | status |
+
| 1 | java编程思想 | 2088 - 08 - 01 | 1 |
| 2 | solr编程思想 | 2088 - 08 - 08 | 0 |
+
2 rows in set ( 0.00 sec)
可以正常执行 , 查询出数据。
客户端 二 :
3) 执行查询操作
mysql> select * from tb_book;
+
| id | name | publish_time | status |
+
| 1 | java编程思想 | 2088 - 08 - 01 | 1 |
| 2 | solr编程思想 | 2088 - 08 - 08 | 0 |
+
2 rows in set ( 0.00 sec)
客户端 一 :
4)查询未锁定的表
mysql> select name from tb_user;
ERROR 1100 ( HY000) : Table 'tb_user' was not locked with LOCK TABLES
已对某一张表加锁之后,查询未锁定的表,此时查询失败,报错了
。原因是因为我们已经对tb_book加锁了,这就相当于在12306中抢票一样,抢到了一张火车票,但是没有完成支付,就无法再购买另一张火车票。把tb_book这张表锁定了,还没有释放锁,就不能再操作其他的表了
客户端 二 :
5)查询未锁定的表
mysql> select * from tb_user;
+
| id | name |
+
| 1 | 令狐冲 |
| 2 | 田伯光 |
+
2 rows in set ( 0.00 sec)
可以正常查询出未锁定的表;
4.2.3.加读锁后更新案例
客户端 一 :
6) 执行更新操作
mysql> update tb_book set name= 'solr' where id= 2 ;
ERROR 1099 ( HY000) : Table 'tb_book' was locked with a READ lock and can't be updated
更新失败,提示tb_book已经被读锁锁定,不能执行写锁。也就是加了读锁,不能写
即执行更新, 直接报错 , 由于当前tb_book 获得的是 读锁, 不能执行更新操作。
客户端 二 :
7) 执行更新操作
光标一直闪动,说明处于阻塞状态,
客户端 一 :
8)解锁
mysql> unlock tables ;
Query OK, 0 rows affected ( 0.00 sec)
客户端 二 :
9)再次查询
mysql> update tb_book set name= 'solr' where id= 2 ;
Query OK, 0 rows affected ( 0.00 sec)
Rows matched : 1 Changed: 0 Warnings : 0
当在客户端一中释放锁指令 unlock tables 后 , 客户端二中的 inesrt 语句 , 立即执行 ;
可见,MyISAM对某一张表加了读锁,它不会阻塞其它线程的读操作,但是会阻塞其它线程的写操作。
4.3 写锁案例
客户端 一 :
1)获得tb_book 表的写锁
lock table tb_book write ;
2)执行查询操作
mysql> select * from tb_book ;
+
| id | name | publish_time | status |
+
| 1 | java编程思想 | 2088 - 08 - 01 | 1 |
| 2 | solr | 2088 - 08 - 08 | 0 |
+
查询操作执行成功;
3)执行更新操作
mysql> update tb_book set name = 'solr编程思想' where id = 2 ;
Query OK, 1 row affected ( 0.00 sec)
Rows matched : 1 Changed: 1 Warnings : 0
更新操作执行成功 ;
插入操作也一样能够成功。
客户端 二 :
4)执行查询操作
此时被阻塞。因为写锁是排它锁,当前操作没有完成之前,它会阻断其他写锁和读锁,也就是无法获取到select语句自带的读锁和写锁。也就是无法读和写。
当在客户端一中释放锁指令 unlock tables 后 , 客户端二中的 select 语句 , 立即执行 ;
4.4.结论
锁模式的相互兼容性如表中所示:
由上表可见:
1) 对MyISAM 表的读操作,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) 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;
简而言之,就是读锁会阻塞写,但是不会阻塞读。而写锁,则既会阻塞读,又会阻塞写。
注意:当前读锁状态下当前线程的用户也不能写
此外,MyISAM 的读写锁调度是写优先,这也是MyISAM不适合做写为主的表的存储引擎的原因。因为写锁后,其他线程不能做任何操作,大量的更新会使查询很难得到锁,从而造成永远阻塞。
4.5.查看锁的争用情况
show open tables ;
当我们在另一个客户端中对tb_usr加锁之后,tb_usr的in_use列中的值变为1
show status like 'Table_locks%' ;
Table_locks_immediate : 指的是能够立即获得表级锁的次数,每立即获取锁,值加1。
Table_locks_waited : 指的是不能立即获取表级锁而需要等待的次数,每等待一次,该值加1,此值高说明存在着较为严重的表级锁争用情况。
5.InnoDB 行锁
5.1 行锁介绍
行锁特点 :偏向InnoDB 存储引擎,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。
InnoDB 与 MyISAM 的最大不同有两点:一是支持事务;二是 采用了行级锁。
5.2 背景知识
注:以下事务的相关知识点可以参看:
MySQL数据库事务
事务及其ACID属性
事务是由一组SQL语句组成的逻辑处理单元。
事务具有以下4个特性,简称为事务ACID属性。
ACID属性
含义
原子性(Atomicity)
事务是一个原子操作单元,其对数据的修改,要么全部成功,要么全部失败。
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” 环境下运行。
持久性(Durable)
事务完成之后,对于数据的修改是永久的。
并发事务处理带来的问题
问题
含义
丢失更新(Lost Update)
当两个或多个事务选择同一行,最初的事务修改的值,会被后面的事务修改的值覆盖。
脏读(Dirty Reads)
当一个事务正在访问数据,并且对数据进行了修改,而这种修改还没有提交到数据库中,这时,另外一个事务也访问这个数据,然后使用了这个数据。
不可重复读(Non-Repeatable Reads)
一个事务在读取某些数据后的某个时间,再次读取以前读过的数据,却发现和以前读出的数据不一致。
幻读(Phantom Reads)
一个事务按照相同的查询条件重新读取以前查询过的数据,却发现其他事务插入了满足其查询条件的新数据。
事务隔离级别
为了解决上述提到的事务并发问题,数据库提供一定的事务隔离机制来解决这个问题。数据库的事务隔离越严格,并发副作用越小,但付出的代价也就越大,因为事务隔离实质上就是使用事务在一定程度上“串行化” 进行,这显然与“并发” 是矛盾的。
数据库的隔离级别有4个,由低到高依次为Read uncommitted、Read committed、Repeatable read、Serializable,这四个级别可以逐个解决脏写、脏读、不可重复读、幻读这几类问题。
隔离级别
丢失更新
脏读
不可重复读
幻读
Read uncommitted
×
√
√
√
Read committed
×
×
√
√
Repeatable read(默认)
×
×
×
√
Serializable
×
×
×
×
备注 : √ 代表可能出现 , × 代表不会出现 。
Mysql 的数据库的默认隔离级别为 Repeatable read , 查看方式:
show variables like 'tx_isolation' ;
+
| Variable_name | Value |
+
| tx_isolation | REPEATABLE - READ |
+
1 row in set ( 0.00 sec)
5.3 InnoDB 的行锁模式
InnoDB 实现了以下两种类型的行锁。
共享锁(S):又称为读锁,简称S锁,共享锁就是多个事务对于同一数据可以共享一把锁,都能访问到数据,但是只能读不能修改。
排他锁(X):又称为写锁,简称X锁,排他锁就是不能与其他锁并存,如一个事务获取了一个数据行的排他锁,其他事务就不能再获取该行的其他锁,包括共享锁和排他锁,但是获取排他锁的事务是可以对数据就行读取和修改
。
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;
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
5.4 案例准备工作
create table test_innodb_lock(
id int ( 11 ) ,
name varchar ( 16 ) ,
sex varchar ( 1 )
) engine = innodb default charset = utf8;
insert into test_innodb_lock values ( 1 , '100' , '1' ) ;
insert into test_innodb_lock values ( 3 , '3' , '1' ) ;
insert into test_innodb_lock values ( 4 , '400' , '0' ) ;
insert into test_innodb_lock values ( 5 , '500' , '1' ) ;
insert into test_innodb_lock values ( 6 , '600' , '0' ) ;
insert into test_innodb_lock values ( 7 , '700' , '0' ) ;
insert into test_innodb_lock values ( 8 , '800' , '1' ) ;
insert into test_innodb_lock values ( 9 , '900' , '1' ) ;
insert into test_innodb_lock values ( 1 , '200' , '0' ) ;
create index idx_test_innodb_lock_id on test_innodb_lock( id) ;
create index idx_test_innodb_lock_name on test_innodb_lock( name) ;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
5.5 行锁基本演示
客户端1和客户端2:
关闭事务自动提交功能:
mysql> set autocommit= 0 ;
Query OK, 0 rows affected ( 0.00 sec)
客户端1和客户端2:
查询数据。结果:都正常执行
mysql> select * from test_innodb_lock where id= 3 ;
+
| id | name | sex |
+
| 3 | 3 | 1 |
+
1 row in set ( 0.00 sec)
客户端1:
更新id为3的数据,但是不提交;(已关闭自动提交)
mysql> update test_innodb_lock set name= '30' where id= 3 ;
Query OK, 1 row affected ( 0.00 sec)
Rows matched : 1 Changed: 1 Warnings : 0
客户端2:
更新id为3的数据
处于阻塞状态。
当客户端1commit提交了之后,客户端2解除阻塞,更新正常进行
然而,上面我们客户端2把id为3的数据改成了30,但是在客户端中显示的仍然是300
因为数据库的隔离级别影响了。即便客户端2把commit提交事务,客户端1这边仍然是300.
只有客户端1再次提交才能看到
当我们指定了更新语句,它会对我们这一行数据加上排它锁,当我们提交了之后,才会释放排他锁,另外一个客户端才可以解除阻塞状态。
以上,操作的都是同一行的数据,如果操作不同行的数据
客户端1:
修改id为3的记录
mysql> update test_innodb_lock set name= '300' where id= 3 ;
Query OK, 1 row affected ( 0.00 sec)
Rows matched : 1 Changed: 1 Warnings : 0
执行成功,没任何问题。锁定第3行数据
客户端2:
修改id为6的记录
mysql> update test_innodb_lock set name= '6000' where id= 6 ;
Query OK, 1 row affected ( 0.00 sec)
Rows matched : 1 Changed: 1 Warnings : 0
执行成功,没任何问题。因为第6行之前没有加锁。
客户端1和客户端2:
同时提交,释放第3行和第6行的锁
5.6 无索引行锁升级为表锁
如果不通过索引条件检索数据,那么InnoDB将对表中的所有记录加锁,实际效果跟表锁一样
。
查看当前表的索引 : show index from test_innodb_lock ;
mysql> show index from test_innodb_lock;
+
| Table | Non_unique | Key_name | Seq_in_index | Column_name | Collation | Cardinality | Sub_part | Packed | Null | Index_type | Comment | Index_comment |
+
| test_innodb_lock | 1 | idx_test_innodb_lock_id | 1 | id | A | 8 | NULL | NULL | YES | BTREE | | |
| test_innodb_lock | 1 | idx_test_innodb_lock_name | 1 | name | A | 9 | NULL | NULL | YES | BTREE | | |
+
2 rows in set ( 0.00 sec)
这张表有两个索引,id和name,都是单列索引。
客户端1:
对name为900的记录中的sex进行修改(注意:name没加单引号)
mysql> update test_innodb_lock set sex= '1' where name= 900 ;
Query OK, 0 rows affected ( 0.00 sec)
Rows matched : 1 Changed: 0 Warnings : 0
客户端2:
对id为3的记录中的name字段进行修改
此时阻塞了?
我们在客户端1中操作的是id为9的记录,而在客户端2中操作的是id为3的记录。而innodb中默认支持的是行锁。
原因是因为当前行锁失效,升级为了表锁。
当我们客户端1commit之后,
此时客户端2就可以正常执行了。
由于 执行更新时 , name字段本来为varchar类型, 我们是作为数组类型使用,存在类型转换,索引失效,最终行锁变为表锁 ;
。关于索引失效的具体情况可以参看:
索引的使用及优化
5.7 间隙锁危害
当我们用范围条件,而不是使用相等条件检索数据,并请求共享或排他锁时,InnoDB会给符合条件的已有数据进行加锁; 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) 。
说明:比如我们要查找id<10的记录,此时数据库中,id的值分别为1,2,3,4,6,9,此时的5,7,8就都是间隙。
此时对id<10的记录加锁,不仅会对已存在的数据加锁,此时对间隙也会加锁。
客户端1:
修改id<4的值
mysql> select * from test_innodb_lock;
+
| id | name | sex |
+
| 1 | 100 | 1 |
| 3 | 300 | 1 |
| 4
| 400 | 0 |
| 5 | 500 | 1 |
| 6 | 6000 | 0 |
| 7 | 700 | 0 |
| 8 | 800 | 1 |
| 9 | 900 | 1 |
| 1 | 200 | 0 |
+
9 rows in set ( 0.00 sec)
mysql> update test_innodb_lock set sex= '0' where id< 4 ;
Query OK, 2 rows affected ( 0.00 sec)
Rows matched : 3 Changed: 2 Warnings : 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
此时2是间隙,innodb也会对2加间隙锁。
客户端2:
插入id为2的记录
被阻塞。
客户端1 提交之后,客户端2正常执行。
5.8 InnoDB 行锁争用情况
show status like 'innodb_row_lock%' ;
+
| Variable_name | Value |
+
| Innodb_row_lock_current_waits | 0 |
| Innodb_row_lock_time | 203445 |
| Innodb_row_lock_time_avg | 40689 |
| Innodb_row_lock_time_max | 51111 |
| Innodb_row_lock_waits | 5 |
+
5 rows in set ( 0.00 sec)
Innodb_row_lock_current_waits: 当前正在等待锁定的数量
Innodb_row_lock_time: 从系统启动到现在锁定总时间长度
Innodb_row_lock_time_avg:每次等待所花平均时长
Innodb_row_lock_time_max:从系统启动到现在等待最长的一次所花的时间
Innodb_row_lock_waits: 系统启动后到现在总共等待的次数
当等待的次数很高,而且每次等待的时长也不小的时候,我们就需要分析系统中为什么会有如此多的等待,然后根据分析结果着手制定优化计划。
5.9 总结
InnoDB存储引擎由于实现了行级锁定,虽然在锁定机制的实现方面带来了性能损耗可能比表锁会更高一些,但是在整体并发处理能力方面要远远由于MyISAM的表锁的。当系统并发量较高的时候,InnoDB的整体性能和MyISAM相比就会有比较明显的优势。
但是,InnoDB的行级锁同样也有其脆弱的一面,当我们使用不当的时候,可能会让InnoDB的整体性能表现不仅不能比MyISAM高,甚至可能会更差。
优化建议:
尽可能让所有数据检索都能通过索引来完成,避免无索引行锁升级为表锁。
合理设计索引,尽量缩小锁的范围
尽可能减少索引条件,及索引范围,避免间隙锁
尽量控制事务大小,减少锁定资源量和时间长度
尽可使用低级别事务隔离(但是需要业务层面满足需求)