PHP面试指南2020-MySQL锁-详解

用途

多个查询需要在同一时刻修改数据,会产生并发控制的问题。使用锁可以有效解决这个问题

锁的分类

按照锁的粒度划分:行锁、表锁、页锁
按照锁的使用方式划分:共享锁、排它锁(悲观锁的一种实现)
还有两种思想上的锁:悲观锁、乐观锁
InnoDB中有几种行级锁类型:Record Lock(在索引记录上加锁)、Gap Lock(间隙锁)、Next-key Lock(临键锁)

行锁

行级锁是Mysql中锁定粒度最细的一种锁,表示只针对当前操作的行进行加锁。**行级锁能大大减少数据库操作的冲突。其加锁粒度最小,但加锁的开销也最大。有可能会出现死锁的情况。**行级锁按照使用方式分为共享锁和排他锁。

  • 共享锁:同一时刻可以同时读取同一个资源

  • 排他锁:一个写锁会阻塞其他的写锁和读锁

共享锁用法(S锁 读锁)

若事务T对数据对象A加上S锁,则事务T可以读A但不能修改A,其他事务只能再对A加S锁,而不能加X锁,直到T释放A上的S锁。这保证了其他事务可以读A,但在T释放A上的S锁之前不能对A做任何修改。

select ... lock in share mode;

共享锁就是允许多个线程同时获取一个锁,一个锁可以同时被多个线程拥有。

排它锁用法(X 锁 写锁)

若事务T对数据对象A加上X锁,事务T可以读A也可以修改A,其他事务不能再对A加任何锁,直到T释放A上的锁。这保证了其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A。

select ... for update

排它锁,也称作独占锁,一个锁在某一时刻只能被一个线程占有,其它线程必须等待锁被释放之后才可能获取到锁。

表锁

表级锁是mysql锁中粒度最大的一种锁,表示当前的操作对整张表加锁,资源开销比行锁少,不会出现死锁的情况,但是发生锁冲突的概率很大。被大部分的mysql引擎支持,MyISAM和InnoDB都支持表级锁,但是InnoDB默认的是行级锁。

共享锁用法:

LOCK TABLE table_name [ AS alias_name ] READ

排它锁用法:

LOCK TABLE table_name [AS alias_name][ LOW_PRIORITY ] WRITE

解锁用法:

unlock tables;

页锁

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。所以取了折衷的页级,一次锁定相邻的一组记录。BDB支持页级锁

悲观锁和乐观锁

无论是悲观锁还是乐观锁,都是人们定义出来的概念,可以认为是一种思想。其实不仅仅是数据库系统中有乐观锁和悲观锁的概念,像memcache、hibernate、tair等都有类似的概念。

针对于不同的业务场景,应该选用不同的并发控制方式。所以,不要把乐观并发控制和悲观并发控制狭义的理解为DBMS中的概念,更不要把他们和数据中提供的锁机制(行锁、表锁、排他锁、共享锁)混为一谈。其实,在DBMS中,悲观锁正是利用数据库本身提供的锁机制来实现的。

MySQL InnoDB中使用悲观锁

要使用悲观锁,我们必须关闭mysql数据库的自动提交属性,因为MySQL默认使用autocommit模式,也就是说,当你执行一个更新操作后,MySQL会立刻将结果进行提交。 set autocommit=0;

    //0.开始事务            
    begin;/begin work;/start transaction; (三者选一就可以)              
    //1.查询出商品信息               
    select status from t_goods where id=1 for update;              
    //2.根据商品信息生成订单                
    insert into t_orders (id,goods_id) values (null,1);              
    //3.修改商品status为2               
    update t_goods set status=2;              
    //4.提交事务             
    commit;

上面的查询语句中,我们使用了 select…for update 的方式,这样就通过开启排他锁的方式实现了悲观锁。此时在t_goods表中,id为1的 那条数据就被我们锁定了,其它的事务必须等本次事务提交之后才能执行。这样我们可以保证当前的数据不会被其它事务修改。

上面我们提到,使用 select…for update 会把数据给锁住,不过我们需要注意一些锁的级别,MySQL InnoDB默认行级锁。行级锁都是基于索引的,如果一条SQL语句用不到索引是不会使用行级锁的,会使用表级锁把整张表锁住,这点需要注意。

优点与不足

悲观并发控制实际上是“先取锁再访问”的保守策略,为数据处理的安全提供了保证。但是在效率方面,处理加锁的机制会让数据库产生额外的开销,还有增加产生死锁的机会;另外,在只读型事务处理中由于不会产生冲突,也没必要使用锁,这样做只能增加系统负载;还有会降低了并行性,一个事务如果锁定了某行数据,其他事务就必须等待该事务处理完才可以处理那行数。

乐观锁

在关系数据库管理系统里,乐观并发控制(又名“乐观锁”,Optimistic Concurrency Control,缩写“OCC”)是一种并发控制的方法。它假设多用户并发的事务在处理时不会彼此互相影响,各事务能够在不产生锁的情况下处理各自影响的那部分数据。在提交数据更新之前,每个事务会先检查在该事务读取数据后,有没有其他事务又修改了该数据。如果其他事务有更新的话,正在提交的事务会进行回滚。乐观事务控制最早是由孔祥重(H.T.Kung)教授提出。

乐观锁( Optimistic Locking ) 相对悲观锁而言,乐观锁假设认为数据一般情况下不会造成冲突,所以在数据进行提交更新的时候,才会正式对数据的冲突与否进行检测,如果发现冲突了,则让返回用户错误的信息,让用户决定如何去做。

相对于悲观锁,在对数据库进行处理的时候,乐观锁并不会使用数据库提供的锁机制。一般的实现乐观锁的方式就是记录数据版本。

数据版本,为数据增加的一个版本标识。当读取数据时,将版本标识的值一同读出,数据每更新一次,同时对版本标识进行更新。当我们提交更新的时候,判断数据库表对应记录的当前版本信息与第一次取出来的版本标识进行比对,如果数据库表当前版本号与第一次取出来的版本标识值相等,则予以更新,否则认为是过期数据。

实现数据版本有两种方式,第一种是使用版本号,第二种是使用时间戳,方法类似,下面举例说明版本号的做法。

使用版本号实现乐观锁

使用数据版本(Version)记录机制实现,这是乐观锁最常用的一种实现方式。何谓数据版本?即为数据增加一个版本标识,一般是通过为数据库表增加一个数字类型的 “version” 字段来实现。当读取数据时,将version字段的值一同读出,数据每更新一次,对此version值加一。当我们提交更新的时候,判断数据库表对应记录的当前版本信息与第一次取出来的version值进行比对,如果数据库表当前版本号与第一次取出来的version值相等,则予以更新,否则认为是过期数据

1.数据库表设计

task表有三个字段,分别是id,value,version

2.实现

1)先读task表的数据(实际上这个表只有一条记录),得到version的值为versionValue

2)每次更新task表中的value字段时,为了防止发生冲突,需要这样操作

update task set value = newValue,version =  versionValue + 1   where version = versionValue;

只有这条语句执行了,才表明本次更新value字段的值成功

如假设有两个节点A和B都要更新task表中的value字段值,差不多在同一时刻,A节点和B节点从task表中读到的version值为2,那么A节点和B节点在更新value字段值的时候,都操作 update task set value = newValue,version = 3 where version = 2;,实际上只有1个节点执行该SQL语句成功,假设A节点执行成功,那么此时task表的version字段的值是3,B节点再操作update task set value = newValue,version = 3 where version = 2;这条SQL语句是不执行的,这样就保证了更新task表时不发生冲突。

锁粒度

  • 表锁:开销最小,对表进行写操作,需要获得写锁,会阻塞该表的所有读写操作

  • 行级锁:最大锁开销,可以最大程度地支持并发处理

行锁与表锁的转变

InnoDB 行级锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的,InnoDB行级锁只有通过索引条件检索数据,才使用行级锁;否则,InnoDB使用表锁

在不通过索引(主键)条件查询的时候,InnoDB是表锁而不是行锁。也就是说,在没有使用索引的情况下,使用的就是表锁。

间隙锁

间隙锁可以理解为是对于一定范围内的数据进行锁定,如果说这个区间没有这条数据的话也是会锁住的;主要是解决幻读的问题,如果没有添加间隙锁,如果其他事物中添加id在1到100之间的某条记录,此时会发生幻读;另一方面,视为了满足其恢复和赋值的需求(幻读的概念在事务隔离文章中有提到)。

默认情况下,innodb_locks_unsafe_for_binlog是0(禁用),这意味着启用了间隙锁定:InnoDB使用下一个键锁进行搜索和索引扫描。若要启用该变量,请将其设置为1。这将导致禁用间隙锁定:InnoDB只使用索引记录锁进行搜索和索引扫描。

innodb自动使用间隙锁的条件:

必须在RR级别下
检索条件必须有索引(没有索引的话,mysql会全表扫描,那样会锁定整张表所有的记录,包括不存在的记录,此时其他事务不能修改不能删除不能添加)

间隙锁的目的是为了防止幻读,其主要通过两个方面实现这个目的:

防止间隙内有新数据被插入
防止已存在的数据,更新成间隙内的数据(例如防止numer=3的记录通过update变成number=5)
下面将通过例子来详细了解一下间隙锁的出现场景:

create table y (id int primary key ,num int);

其中id为主键索引,a为二级索引。

数据如下:

id	num1	23	45	57	59	8

场景:

间隙区间:从查找的字段向上和向下去找。

通过上面的场景,我们可以先找到间隙区间(2,4)(4,5),因此我们可以确定 id 在 1-3,3-5之间,也就是为id为2,4的记录,number在上述间隙区间的值不能够插入。

死锁

为什么会产生死锁

两个事务都持有对方需要的锁,并且在等待对方释放,并且双方都不会释放自己的锁。

出现死锁的原因

  1. 系统资源不足

  2. 进程运行推进的顺序不当

  3. 资源分配不当

产生死锁的四个必要条件

  1. 互斥条件: 一个资源只能被一个进程使用

  2. 请求和保持条件:进行获得一定资源,又对其他资源发起了请求,但是其他资源被其他线程占用,请求阻塞,但是也不会释放自己占用的资源。

  3. 不可剥夺条件: 指进程所获得的资源,不可能被其他进程剥夺,只能自己释放

  4. 环路等待条件: 进程发生死锁,必然存在着进程-资源之间的环形链

处理死锁的方法

预防,避免,检查,解除死锁

减少死锁的方法

使用事务,不使用 lock tables 。
保证没有长事务。
操作完之后立即提交事务,特别是在交互式命令行中。
如果在用 (SELECT … FOR UPDATE or SELECT … LOCK IN SHARE
MODE),尝试降低隔离级别。
修改多个表或者多个行的时候,将修改的顺序保持一致。
创建索引,可以使创建的锁更少。
最好不要用 (SELECT … FOR UPDATE or SELECT … LOCK IN SHARE MODE)。
如果上述都无法解决问题,那么尝试使用 lock tables t1, t2, t3 锁多张表

可以参考

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