鎖，在現(xiàn)實(shí)生活中是為我們想要隱藏于外界所使用的一種工具。在計(jì)算機(jī)中，是協(xié)調(diào)多個(gè)進(jìn)程或縣城并發(fā)訪問(wèn)某一資源的一種機(jī)制。在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，除了傳統(tǒng)的計(jì)算資源（CPU、RAM、I/O等等）的爭(zhēng)用之外，數(shù)據(jù)也是一種供許多用戶共享訪問(wèn)的資源。如何保證數(shù)據(jù)并發(fā)訪問(wèn)的一致性、有效性，是所有數(shù)據(jù)庫(kù)必須解決的一個(gè)問(wèn)題，鎖的沖突也是影響數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)訪問(wèn)性能的一個(gè)重要因素。從這一角度來(lái)說(shuō)，鎖對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)而言就顯得尤為重要。
1、MySQL中的鎖
MySQL中有著Lock和Latch的概念，在數(shù)據(jù)庫(kù)中，這兩者都可以被稱為“鎖”，但是兩者有著截然不同的含義。
Latch一般稱為閂鎖（輕量級(jí)的鎖），因?yàn)槠湟箧i定的時(shí)間必須非常短。若持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，則應(yīng)用的性能會(huì)非常差，在InnoDB引擎中，Latch又可以分為mutex（互斥量）和rwlock（讀寫鎖）。其目的是用來(lái)保證并發(fā)線程操作臨界資源的正確性，并且通常沒(méi)有死鎖檢測(cè)的機(jī)制。
Lock的對(duì)象是事務(wù)，用來(lái)鎖定的是數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)象，如表、頁(yè)、行。并且一般lock的對(duì)象僅在事務(wù)commit或rollback后進(jìn)行釋放（不同事務(wù)隔離級(jí)別釋放的時(shí)間可能不同）。
關(guān)于Latch更詳細(xì)的講解可以參考：關(guān)于MySQL latch爭(zhēng)用深入分析與判斷，本文主要關(guān)注的是Lock鎖。
1.1、鎖的類型
對(duì)數(shù)據(jù)的操作其實(shí)只有兩種，也就是讀和寫，而數(shù)據(jù)庫(kù)在實(shí)現(xiàn)鎖時(shí)，也會(huì)對(duì)這兩種操作使用不同的鎖；InnoDB 實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的行級(jí)鎖，也就是共享鎖（Shared Lock）和互斥鎖（Exclusive Lock）。
- 共享鎖（讀鎖），允許事務(wù)讀一行數(shù)據(jù)。
- 排他鎖（寫鎖），允許事務(wù)刪除或更新一行數(shù)據(jù)。
而它們的名字也暗示著各自的另外一個(gè)特性，共享鎖之間是兼容的，而互斥鎖與其他任意鎖都不兼容：
[圖片上傳失敗...(image-22f0b4-1525442928057)]
稍微對(duì)它們的使用進(jìn)行思考就能想明白它們?yōu)槭裁匆@么設(shè)計(jì)，因?yàn)楣蚕礞i代表了讀操作、互斥鎖代表了寫操作，所以我們可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中并行讀，但是只能串行寫，只有這樣才能保證不會(huì)發(fā)生線程競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)線程安全。
1.2、鎖的粒度
Lock鎖根據(jù)粒度主要分為表鎖、頁(yè)鎖和行鎖。不同的存儲(chǔ)引擎擁有的鎖粒度都不同。
表鎖
表級(jí)別的鎖定是MySQL各存儲(chǔ)引擎中最大顆粒度的鎖定機(jī)制。該鎖定機(jī)制最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)邏輯非常簡(jiǎn)單，帶來(lái)的系統(tǒng)負(fù)面影響最小。所以獲取鎖和釋放鎖的速度很快。由于表級(jí)鎖一次會(huì)將整個(gè)表鎖定，所以可以很好的避免困擾我們的死鎖問(wèn)題。
當(dāng)然，鎖定顆粒度大所帶來(lái)最大的負(fù)面影響就是出現(xiàn)鎖定資源爭(zhēng)用的概率也會(huì)最高，致使并大度大打折扣。
使用表級(jí)鎖定的主要是MyISAM，MEMORY，CSV等一些非事務(wù)性存儲(chǔ)引擎。
表鎖的語(yǔ)法很簡(jiǎn)單：
# 獲取表鎖
LOCK TABLES
tbl_name [[AS] alias] lock_type
[, tbl_name [[AS] alias] lock_type] ...
lock_type:
READ [LOCAL]
| [LOW_PRIORITY] WRITE
# 釋放表鎖
UNLOCK TABLES
MyISAM在執(zhí)行查詢前，會(huì)自動(dòng)執(zhí)行表的加鎖、解鎖操作，一般情況下不需要用戶手動(dòng)加、解鎖，但是有的時(shí)候也需要顯示加鎖。比如：檢索某一個(gè)時(shí)刻t1，t2表中數(shù)據(jù)數(shù)量。
LOCK TABLE t1 read, t2 read;
select count(t1.id1) as 'sum' from t1;
select count(t2.id1) as 'sum' from t2;
UNLOCK TABLES;
頁(yè)鎖
頁(yè)級(jí)鎖定是MySQL中比較獨(dú)特的一種鎖定級(jí)別，在其他數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件中也并不是太常見。頁(yè)級(jí)鎖定的特點(diǎn)是鎖定顆粒度介于行級(jí)鎖定與表級(jí)鎖之間，所以獲取鎖定所需要的資源開銷，以及所能提供的并發(fā)處理能力也同樣是介于上面二者之間。另外，頁(yè)級(jí)鎖定和行級(jí)鎖定一樣，會(huì)發(fā)生死鎖。
在數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)資源鎖定的過(guò)程中，隨著鎖定資源顆粒度的減小，鎖定相同數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)所需要消耗的內(nèi)存數(shù)量是越來(lái)越多的，實(shí)現(xiàn)算法也會(huì)越來(lái)越復(fù)雜。不過(guò)，隨著鎖定資源顆粒度的減小，應(yīng)用程序的訪問(wèn)請(qǐng)求遇到鎖等待的可能性也會(huì)隨之降低，系統(tǒng)整體并發(fā)度也隨之提升。
使用頁(yè)級(jí)鎖定的主要是BerkeleyDB存儲(chǔ)引擎。
行鎖
行級(jí)鎖定最大的特點(diǎn)就是鎖定對(duì)象的粒度很小，也是目前各大數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件所實(shí)現(xiàn)的鎖定顆粒度最小的。由于鎖定顆粒度很小，所以發(fā)生鎖定資源爭(zhēng)用的概率也最小，能夠給予應(yīng)用程序盡可能大的并發(fā)處理能力而提高一些需要高并發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的整體性能。
雖然能夠在并發(fā)處理能力上面有較大的優(yōu)勢(shì)，但是行級(jí)鎖定也因此帶來(lái)了不少弊端。由于鎖定資源的顆粒度很小，所以每次獲取鎖和釋放鎖需要做的事情也更多，帶來(lái)的消耗自然也就更大了。此外，行級(jí)鎖定也最容易發(fā)生死鎖。
使用行級(jí)鎖定的主要是InnoDB存儲(chǔ)引擎。
總結(jié)
- 表級(jí)鎖：開銷小，加鎖快；不會(huì)出現(xiàn)死鎖；鎖定粒度大，發(fā)生鎖沖突的概率最高，并發(fā)度最低。
- 行級(jí)鎖：開銷大，加鎖慢；會(huì)出現(xiàn)死鎖；鎖定粒度最小，發(fā)生鎖沖突的概率最低，并發(fā)度也最高。
- 頁(yè)面鎖：開銷和加鎖時(shí)間界于表鎖和行鎖之間；會(huì)出現(xiàn)死鎖；鎖定粒度界于表鎖和行鎖之間，并發(fā)度一般。
從鎖的角度來(lái)說(shuō)，表級(jí)鎖更適合于以查詢?yōu)橹?，只有少量按索引條件更新數(shù)據(jù)的應(yīng)用，如Web應(yīng)用；而行級(jí)鎖則更適合于有大量按索引條件并發(fā)更新少量不同數(shù)據(jù)，同時(shí)又有并發(fā)查詢的應(yīng)用，如一些在線事務(wù)處理（OLTP）系統(tǒng)。
2、InnoDB中的鎖
意向鎖
上節(jié)提到InnoDB 支持多種粒度的鎖，也就是行鎖和表鎖。為了支持多粒度鎖定，InnoDB 存儲(chǔ)引擎引入了意向鎖（Intention Lock）。
那什么是意向鎖呢？我們?cè)谶@里可以舉一個(gè)例子：如果沒(méi)有意向鎖，當(dāng)已經(jīng)有人使用行鎖對(duì)表中的某一行進(jìn)行修改時(shí)，如果另外一個(gè)請(qǐng)求要對(duì)全表進(jìn)行修改，那么就需要對(duì)所有的行是否被鎖定進(jìn)行掃描，在這種情況下，效率是非常低的；不過(guò)，在引入意向鎖之后，當(dāng)有人使用行鎖對(duì)表中的某一行進(jìn)行修改之前，會(huì)先為表添加意向互斥鎖（IX），再為行記錄添加互斥鎖（X），在這時(shí)如果有人嘗試對(duì)全表進(jìn)行修改就不需要判斷表中的每一行數(shù)據(jù)是否被加鎖了，只需要通過(guò)等待意向互斥鎖被釋放就可以了。
與上一節(jié)中提到的兩種鎖的種類相似的是，意向鎖也分為兩種：
- 意向共享鎖（IS）：事務(wù)想要在獲得表中某些記錄的共享鎖，需要在表上先加意向共享鎖。
- 意向互斥鎖（IX）：事務(wù)想要在獲得表中某些記錄的互斥鎖，需要在表上先加意向互斥鎖。
隨著意向鎖的加入，鎖類型之間的兼容矩陣也變得愈加復(fù)雜：
意向鎖其實(shí)不會(huì)阻塞全表掃描之外的任何請(qǐng)求，它們的主要目的是為了表示是否有人請(qǐng)求鎖定表中的某一行數(shù)據(jù)。
行鎖的算法
InnoDB存儲(chǔ)引擎有3種行鎖的算法，其分別是：
- Record Lock：?jiǎn)蝹€(gè)行記錄上的鎖。
- Gap Lock：間隙鎖，鎖定一個(gè)范圍，但不包含記錄本身。
- Next-Key Lock：Gap Lock+Record Lock，鎖定一個(gè)范圍，并且鎖定記錄本身。
Record Lock總是會(huì)去鎖住索引記錄，如果InnoDB存儲(chǔ)引擎表在建立的時(shí)候沒(méi)有設(shè)置任何一個(gè)索引，那么這時(shí)InnoDB存儲(chǔ)引擎會(huì)使用隱式的主鍵來(lái)進(jìn)行鎖定。
Next-Key Lock是結(jié)合了Gap Lock和Record Lock的一種鎖定算法，在Next-Key Lock算法下，InnoDB對(duì)于行的查詢都是采用這種鎖定算法。例如有一個(gè)索引有10，11，13和20這4個(gè)值，那么該索引可能被Next-Key Locking的區(qū)間為：
[圖片上傳失敗...(image-fc3928-1525442928057)]
除了Next-Key Locking，還有Previous-Key Locking技術(shù)。同樣上述的值，使用Previous-Key Locking技術(shù)，那么可鎖定的區(qū)間為：
但是不是所有索引都會(huì)加上Next-key Lock的，在查詢的列是唯一索引（包含主鍵索引）的情況下，Next-key Lock會(huì)降級(jí)為Record Lock。
接下來(lái)，我們來(lái)通過(guò)一個(gè)例子解釋一下。
CREATE TABLE z (
a INT,
b INT,
PRIMARY KEY(a), // a是主鍵索引
KEY(b) // b是普通索引
);
INSERT INTO z select 1, 1;
INSERT INTO z select 3, 1;
INSERT INTO z select 5, 3;
INSERT INTO z select 7, 6;
INSERT INTO z select 10, 8;
這時(shí)候在會(huì)話A中執(zhí)行 SELECT * FROM z WHERE b = 3 FOR UPDATE ，索引鎖定如下：
這時(shí)候會(huì)話B執(zhí)行的語(yǔ)句落在鎖定范圍內(nèi)的都會(huì)進(jìn)行waiting
SELECT * FROM z WHERE a = 5 LOCK IN SHARE MODE;
INSERT INTO z SELECT 4, 2;
INSERT INTO z SELECT 6, 5;
用戶可以通過(guò)以下兩種方式來(lái)顯示的關(guān)閉Gap Lock：
- 將事務(wù)的隔離級(jí)別設(shè)為 READ COMMITED。
- 將參數(shù)innodb_locks_unsafe_for_binlog設(shè)置為1。
從上面的例子可以看出來(lái)，Gap Lock的作用是為了阻止多個(gè)事務(wù)將記錄插入到同一個(gè)范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)它的目的是用來(lái)解決Phontom Problem（幻讀問(wèn)題）。在MySQL默認(rèn)的隔離級(jí)別（Repeatable Read）下，InnoDB就是使用它來(lái)解決幻讀問(wèn)題。
幻讀是指在同一事務(wù)下，連續(xù)執(zhí)行兩次同樣的SQL語(yǔ)句可能導(dǎo)致不同的結(jié)果，第二次的SQL可能會(huì)返回之前不存在的行，也就是第一次執(zhí)行和第二次執(zhí)行期間有其他事務(wù)往里插入了新的行。
一致性非鎖定讀
一致性非鎖定讀（consistent nonlocking read）是指InnoDB存儲(chǔ)引擎通過(guò)多版本控制（MVCC）的方式來(lái)讀取當(dāng)前執(zhí)行時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)中行的數(shù)據(jù)。如果讀取的這行正在執(zhí)行DELETE或UPDATE操作，這時(shí)讀取操作不會(huì)向XS鎖一樣去等待鎖釋放，而是會(huì)去讀一個(gè)快照數(shù)據(jù)。MVCC相關(guān)的知識(shí)我已經(jīng)在另外一篇文章中闡述了，這里就不做過(guò)多原理的分析了。地址：談?wù)凪ySQL InnoDB存儲(chǔ)引擎事務(wù)的ACID特性
在事務(wù)隔離級(jí)別RC和RR下，InnoDB存儲(chǔ)引擎使用非鎖定的一致性讀。然而對(duì)于快照數(shù)據(jù)的定義卻不同，在RC級(jí)別下，對(duì)于快照數(shù)據(jù)，非一致性讀總是讀取被鎖定行的最新一份快照數(shù)據(jù)。而在RR級(jí)別下，對(duì)于快照數(shù)據(jù)，非一致性讀總是讀取事務(wù)開始時(shí)的行數(shù)據(jù)版本。
下面我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)看看大家是否對(duì)MVCC理解了。
可以看到，第1步和第2步是非常容易理解的，而在第3步事務(wù)B插入一條新的數(shù)據(jù)后，在第4步事務(wù)A還是查不到，也就是利用了MVCC的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)事務(wù)B提交后，第5步的查詢?cè)赗C和RR隔離級(jí)別下的輸出是不同的，這個(gè)的原因在另一篇博客中也說(shuō)到了，是因?yàn)樗麄儎?chuàng)建ReadView的時(shí)機(jī)不同。
但是很詭異的是在第6步的時(shí)候，事務(wù)A更新了一條它看不見的記錄，然后查詢就能夠查詢出來(lái)了。這里很多人容易迷惑，不可見不代表記錄不存在，它只是利用了可見性判斷忽略了而已。更新成功之后，事務(wù)A順其自然的記錄了這條記錄的Undo log，在隨后的查詢中，因?yàn)樗軌蚩匆娮约旱母膭?dòng)這一個(gè)可見性的判斷，自然就能夠查詢出來(lái)了。這里很多名詞需要去深入讀一下此文：談?wù)凪ySQL InnoDB存儲(chǔ)引擎事務(wù)的ACID特性
一致性鎖定讀
前面說(shuō)到，在默認(rèn)隔離級(jí)別RR下，InnoDB存儲(chǔ)引擎的SELECT操作使用一致性非鎖定讀。但是在某些情況下，用戶需要顯式地對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取操作進(jìn)行加鎖以保證數(shù)據(jù)邏輯的一致性。InnoDB存儲(chǔ)引擎對(duì)于SELECT語(yǔ)句支持兩種一致性的鎖定讀（locking read）操作。
- SELECT … FOR UPDATE （X鎖）
- SELECT … LOCK IN SHARE MODE （S鎖）
3、鎖帶來(lái)的問(wèn)題
通過(guò)鎖定機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)事務(wù)隔離性要求，使得事務(wù)可以并發(fā)的工作。鎖提高了并發(fā)，但是卻會(huì)帶來(lái)潛在的問(wèn)題。不過(guò)好在有事務(wù)隔離性的要求，不同的隔離級(jí)別解決的鎖的問(wèn)題也不同，這里只進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，不進(jìn)行舉例分析了。
InnoDB存儲(chǔ)引擎在RR級(jí)別就已經(jīng)解決了所有問(wèn)題，但是它和Serializable的區(qū)別在哪里呢？區(qū)別就在于RR級(jí)別還存在一個(gè)丟失更新問(wèn)題，而SERIALIZABLE無(wú)論對(duì)于查詢還是更新都會(huì)進(jìn)行鎖定操作。
如圖所示，用戶原始金額為100，如果程序中對(duì)于轉(zhuǎn)賬和存款的判斷是先查詢?cè)俑碌脑捑蜁?huì)出現(xiàn)丟失更新的問(wèn)題，也就是后面的更新覆蓋了前面的更新。如果想避免這種問(wèn)題，只能每次更新的時(shí)候金額基于表里最新的值來(lái)做。如果必須要先查詢?cè)俑?，可以在更新的條件里判斷金額（樂(lè)觀鎖），也可以使用隔離級(jí)別最高的SERIALIZABLE。
4、死鎖
死鎖是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中，因爭(zhēng)奪鎖資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，這里直接放上之前項(xiàng)目中遇到的一個(gè)死鎖問(wèn)題以及深入的分析：由一次線上問(wèn)題帶來(lái)的MySQL死鎖問(wèn)題分析，這里就不再贅述了。
