史上最全MySQL鎖機制

因為資料也是一種供許多使用者共享的資源，如何保證資料併發訪問的一致性、有效性是所有資料庫必須解決的一個問題，鎖衝突也是影響資料庫併發訪問效能的一個重要因素，所以進一步學習MySQL，就需要去瞭解它的鎖機制。

MySQL鎖概述：

相對其他資料庫而言，MySQL
的鎖機制比較簡單，其最顯著的特點是不同的儲存引擎支援不同的鎖機制。比如，MyISAM和MEMORY儲存引擎採用的是表級鎖（table-level
locking）；BDB儲存引擎採用的是頁面鎖（page-level
locking），但也支援表級鎖；InnoDB儲存引擎既支援行級鎖（row-level
locking），也支援表級鎖，但預設情況下是採用行級鎖。
MySQL這3種鎖的特性可大致歸納如下。

開銷、加鎖速度、死鎖、粒度、併發效能 

①：表級鎖：開銷小，加鎖快；不會出現死鎖；鎖定粒度大，發生鎖衝突的機率最高,併發度最低。

②：行級鎖：開銷大，加鎖慢；會出現死鎖；鎖定粒度最小，發生鎖衝突的機率最低,併發度也最高。

③：頁面鎖：開銷和加鎖時間界於表鎖和行鎖之間；會出現死鎖；鎖定粒度界於表鎖和行鎖之間，併發度一般。

從上述特點可見，很難籠統地說哪種鎖更好，只能就具體應用的特點來說哪種鎖更合適！僅從鎖的角度來說：表級鎖更適合於以查詢為主，只有少量按索引條件更新資料的應用，如Web應用；而行級鎖則更適合於有大量按索引條件併發更新少量不同資料，同時又有併發查詢的應用，如一些線上事務處理（OLTP）系統。由於BDB已經被InnoDB取代，即將成為歷史（所以現在基本都在使用InnoDB儲存引擎）。

MyISAN儲存引擎

MyISAM 儲存引擎只支援表鎖，這也是 MySQL 開始幾個版本中唯一支援的鎖型別。

MySQL表級鎖

查詢表鎖爭用情況

mysql> show status like 'table%';+----------------------------+-------+| Variable_name              | Value |+----------------------------+-------+| Table_locks_immediate      | 4     || Table_locks_waited         | 0     || Table_open_cache_hits      | 4     || Table_open_cache_misses    | 8     || Table_open_cache_overflows | 0     |+----------------------------+-------+5 rows in set (0.00 sec)

如果 Table_locks_waited 的值比較高，則說明存在著較嚴重的表級鎖爭用情況。

MySQL的表級鎖的兩種樣式

• 表共享讀鎖（Table Read Lock）
• 表獨佔寫鎖（Table Write Lock）

MySQL中的表鎖相容性：

也就是說，在MyISAM讀樣式下，不會阻塞其它使用者的同一表讀操作，但是會阻塞寫操作；而在寫樣式下，會同時阻塞其它使用者同一表的讀寫操作。

測試MyISAM的寫鎖樣式

新建一個user表，引擎是MyISAM：

mysql> desc user;+---------+-------------+------+-----+---------+----------------+| Field   | Type        | Null | Key | Default | Extra          |+---------+-------------+------+-----+---------+----------------+| id      | int(11)     | NO   | PRI | NULL    | auto_increment || name    | varchar(20) | YES  |     | NULL    |                || age     | int(3)      | YES  |     | NULL    |                || address | varchar(60) | YES  |     | NULL    |                |+---------+-------------+------+-----+---------+----------------+4 rows in set (0.01 sec)

可以看出，透過lock table user write將user表鎖住後，其它使用者進行對該表操作時，都會被阻塞。

測試MyISAM讀鎖

在用LOCK TABLES給表顯式加表鎖時，必須同時取得所有涉及到表的鎖，並且MySQL不支援鎖升級。也就是說，在執行LOCK
TABLES後，只能訪問顯式加鎖的這些表，不能訪問未加鎖的表；同時，如果加的是讀鎖，那麼只能執行查詢操作，而不能執行更新操作。其實，在自動加鎖的情況下也基本如此，MyISAM總是一次獲得SQL陳述句所需要的全部鎖。這也正是MyISAM表不會出現死鎖（Deadlock
Free）的原因。

MyISAM支援併發插入

MyISAM表的讀和寫是序列的，但這是就總體而言的。在一定條件下，MyISAM表也支援查詢和插入操作的併發進行。MyISAM儲存引擎有一個系統變數concurrent_insert，專門用以控制其併發插入的行為，其值分別可以為0、1或2。

• 當concurrent_insert設定為0時，不允許併發插入。
• 當concurrent_insert設定為1時，如果MyISAM表中沒有空洞（即表的中間沒有被刪除的行），MyISAM允許在一個行程讀表的同時，另一個行程從表尾插入記錄。這也是MySQL的預設設定。
• 當concurrent_insert設定為2時，無論MyISAM表中有沒有空洞，都允許在表尾併發插入記錄。

MyISAM的鎖排程

MyISAM儲存引擎的讀鎖和寫鎖是互斥的，讀寫操作是序列的。
但它認為寫鎖的優先順序比讀鎖高，所以即使讀請求先到鎖等待佇列，寫請求後到，寫鎖也會插到讀鎖請求之前！
這也正是MyISAM表不太適合於有大量更新操作和查詢操作應用的原因，因為，大量的更新操作會造成查詢操作很難獲得讀鎖，從而可能永遠阻塞。
可以透過一些設定來調節MyISAM的排程行為。

• 透過指定啟動引數low-priority-updates，使MyISAM引擎預設給予讀請求以優先的權利。
• 透過執行命令SET LOW_PRIORITY_UPDATES=1，使該連線發出的更新請求優先順序降低。
• 透過指定INSERT、UPDATE、DELETE陳述句的LOW_PRIORITY屬性，降低該陳述句的優先順序。

雖然上面3種方法都是要麼更新優先，要麼查詢優先的方法，但還是可以用其來解決查詢相對重要的應用（如使用者登入系統）中，讀鎖等待嚴重的問題。
另外，MySQL也提供了一種折中的辦法來調節讀寫衝突，即給系統引數max_write_lock_count設定一個合適的值，當一個表的讀鎖達到這個值後，MySQL就暫時將寫請求的優先順序降低，給讀行程一定獲得鎖的機會。
上面已經討論了寫優先排程機制帶來的問題和解決辦法。

這裡還要強調一點：一些需要長時間執行的查詢操作，也會使寫行程“餓死”！因此，應用中應儘量避免出現長時間執行的查詢操作，不要總想用一條SELECT陳述句來解決問題，因為這種看似巧妙的SQL陳述句，往往比較複雜，執行時間較長，在可能的情況下可以透過使用中間表等措施對SQL陳述句做一定的“分解”，使每一步查詢都能在較短時間完成，從而減少鎖衝突。如果複雜查詢不可避免，應儘量安排在資料庫空閑時段執行，比如一些定期統計可以安排在夜間執行。

InnoDB

InnoDB與MyISAM的最大不同有兩點：一是支援事務（TRANSACTION）；二是採用了行級鎖。行級鎖與表級鎖本來就有許多不同之處，另外，事務的引入也帶來了一些新問題。

事務概念

學習Spring的時候，一般透過註解@Transitional就能啟動spring的事務管理，在MySQL中也同樣支援事務的四個原則ACID：

• **A(Atomicity)原子性:**事務是一個原子操作單元，其對資料的修改，要麼全都執行，要麼全都不執行。
• **C(Consistent)一致性：**在事務開始和完成時，資料都必須保持一致狀態。這意味著所有相關的資料規則都必須應用於事務的修改，以保持資料的完整性；事務結束時，所有的內部資料結構（如B樹索引或雙向連結串列）也都必須是正確的。
• **I(Isolation)隔離性：**資料庫系統提供一定的隔離機制，保證事務在不受外部併發操作影響的“獨立”環境執行。這意味著事務處理過程中的中間狀態對外部是不可見的，反之亦然。
• **D(Durable)永續性：**事務完成之後，它對於資料的修改是永久性的，即使出現系統故障也能夠保持。

併發事務處理帶來的問題

相對於序列處理來說，併發事務處理能大大增加資料庫資源的利用率，提高資料庫系統的事務吞吐量，從而可以支援更多的使用者。但併發事務處理也會帶來一些問題，主要包括以下幾種情況。

• 更新丟失（Last update）：A和B同時對一行資料進行處理，A修改後進行儲存，然後B修改後進行儲存，這樣A的更新被改寫了，相當於發生丟失更新的問題。所以可以在A事務未結束前，B不能訪問該記錄，這樣就能避免更新丟失的問題。
• 臟讀（Dirty Reads）：A事務在對一條記錄做修改，但還未提交，這條記錄處於不一致的狀態；這時，B事務也來讀同一條記錄，這時如果沒有加控制，B讀了未修改前的資料，並根據該資料進行進一步處理，就會產生未提交的資料依賴關係。這種現象叫做“臟讀”
• 不可重覆讀（Non-Repeatable Reads）：B事務在讀取某些資料後的某個時間，再次讀取以前讀過的資料，卻發現其讀出的資料已經發生了改變（被更新或者刪除了，例如A事務修改了）。這種現象叫做“不可重覆讀”。
• 幻讀（Phantom Reads)：A事務按照相同查詢條件，重新讀取之前檢索過得內容，卻發現其它事務插入或修改其查詢條件的新資料，這種現象就叫”幻讀“。

事務的隔離級別

資料庫的事務隔離越嚴格，併發副作用越小，但付出的代價也就越大，因為事務隔離實質上就是使事務在一定程度上
“序列化”進行，這顯然與“併發”是矛盾的。同時，不同的應用對讀一致性和事務隔離程度的要求也是不同的，比如許多應用對“不可重覆讀”和“幻讀”並不敏感，可能更關心資料併發訪問的能力。

4種隔離級別比較

獲取InnoDB行鎖爭用情況

檢查InnoDB_row_lock狀態變數來分析：

mysql> show status like 'InnoDB_row_lock%';
+-------------------------------+-------+
| Variable_name                 | Value |
+-------------------------------+-------+
| Innodb_row_lock_current_waits | 0     |
| Innodb_row_lock_time          | 0     |
| Innodb_row_lock_time_avg      | 0     |
| Innodb_row_lock_time_max      | 0     |
| Innodb_row_lock_waits         | 0     |
+-------------------------------+-------+
5 rows in set (0.00 sec)
複製程式碼

如果InnoDB_row_lock_waits和InnoDB_row_lock_time_avg的值比較高，表示鎖爭用情況比較嚴重。

InnoDB的行鎖樣式以及加鎖方法

InnoDB實現了一下兩種型別的行鎖：

• 共享鎖(S)：允許一個事務去多一行，阻止其它事務獲得相同資料集的排他鎖。
• 排他鎖(X): 允許獲得排他鎖的事務更新資料，阻止其它事務獲得相同資料集的共享鎖和排他寫鎖。

另外，為了允許行鎖和表鎖共存，實現多粒度鎖機制，InnoDB還有兩種內部使用的意向鎖（Intention Locks），這兩種意向鎖都是表鎖。（感覺與MyISAM的表鎖機制類似）

• 意向共享鎖（IS）：事務打算給資料行加行共享鎖，事務在給一個資料行加共享鎖前必須先取得該表的IS鎖。
• 意向排他鎖（IX）：事務打算給資料行加行排他鎖，事務在給一個資料行加排他鎖前必須先取得該表的IX鎖。

InnoDB行鎖樣式相容性串列:

如果一個事務請求的鎖樣式與當前的鎖相容，InnoDB就將請求的鎖授予該事務；反之，如果兩者不相容，該事務就要等待鎖釋放。
意向鎖是InnoDB自動加的；對於UPDATE、DELETE和INSERT陳述句，InnoDB會自動給設計資料集加排他鎖（X）；對於普通的SELECT陳述句，InnoDB不會加鎖。
可以透過以下陳述句顯示給記錄集加共享鎖或排他鎖：

• 共享鎖（S）：SELECT * FROM TABLE_NAME WHERE … LOCK IN SHARE MODE.
• 排他鎖（X）：SELECT * FROM TABLE_NAME WHERE … FOR UPDATE.

用SELECT … IN SHARE
MODE獲得共享鎖，主要用在需要資料依存關係時來確認某行記錄是否存在，並確保沒有人對這個記錄進行UPDATE或者DELETE操作。但是如果當前事務也需要對該記錄進行更新操作，則很有可能造成死鎖，對於鎖定行記錄後需要進行更新操作的應用，應該使用SELECT…
FOR UPDATE方式獲得排他鎖。

所以在使用共享鎖樣式下，查詢完資料後不要進行更新操作，不然又可能會造成死鎖；要更新資料，應該使用排他鎖樣式。

InnoDB行鎖實現方式

InnoDB行鎖是透過給索引上的索引項加鎖來實現的，這一點MySQL與Oracle不同，後者是透過在資料塊中對相應資料行加鎖來實現的。InnoDB這種行鎖實現特點意味著：只有透過索引條件檢索資料，InnoDB才使用行級鎖，否則，InnoDB將使用表鎖！(這個問題遇到過，由於沒加索引，行鎖變表鎖）

• 在不透過索引條件查詢的時候，InnoDB確實使用的是表鎖，而不是行鎖。
• 由於MySQL的行鎖是針對索引加的鎖，不是針對記錄加的鎖，所以雖然是訪問不同行的記錄，但是如果是使用相同的索引鍵，是會出現鎖衝突的。
• 當表有多個索引的時候，不同的事務可以使用不同的索引鎖定不同的行，另外，不論是使用主鍵索引、唯一索引或普通索引，InnoDB都會使用行鎖來對資料加鎖。
• 即便在條件中使用了索引欄位，但是否使用索引來檢索資料是由MySQL透過判斷不同執行計劃的代價來決定的，如果MySQL認為全表掃描效率更高，比如對一些很小的表，它就不會使用索引，這種情況下InnoDB將使用表鎖，而不是行鎖。

可以透過explain執行計劃檢視是否真正使用了索引。

間隙鎖（Next-key鎖）

當我們用範圍條件而不是相等條件檢索資料，並請求共享或排他鎖時，InnoDB會給符合條件的已有資料記錄的索引項加鎖；對於鍵值在條件範圍內但並不存在的記錄，叫做“間隙（GAP)”，InnoDB也會對這個“間隙”加鎖，這種鎖機制就是所謂的間隙鎖（Next-Key鎖）。

舉個例子：假如emp表中只有101條記錄，其id的值從1~101，下麵的sql：
select * from emp where id > 100 for update;
是範圍條件查詢，InnoDB不僅會對符合條件的id值為101的記錄加鎖，也會對id大於101（並不存在的值）的“間隙”加鎖。

結論：

很顯然，在使用範圍條件檢索並鎖定記錄時，InnoDB這種加鎖機制會阻塞符合條件範圍內鍵值的併發插入，這往往會造成嚴重的鎖等待。因此，在實際應用開發中，尤其是併發插入比較多的應用，我們要儘量最佳化業務邏輯，儘量使用相等條件來訪問更新資料，避免使用範圍條件。

關於死鎖（DeadLock)

上面知識點說過，MyISAM表鎖是deadlock free的，這是因為MyISAM總是一次獲得所需的全部鎖，要麼全部滿足，要麼等待，因此不會出現死鎖。但在InnoDB中，除單個SQL組成的事務外，鎖是逐步或得的，所以InnoDB發生死鎖是可能的。

舉個例子：

也就是我們死鎖產生的條件，互相持有資源不釋放，還有環形等待。

發生死鎖後，InnoDB一般都能自動檢測到，並使一個事務釋放鎖並回退，另一個事務獲得鎖，繼續完成事務。但在涉及外部鎖，或涉及表鎖的情況下，InnoDB並不能完全自動檢測到死鎖，這需要透過設定鎖等待超時引數 innodb_lock_wait_timeout來解決。需要說明的是，這個引數並不是隻用來解決死鎖問題，在併發訪問比較高的情況下，如果大量事務因無法立即獲得所需的鎖而掛起，會佔用大量計算機資源，造成嚴重效能問題，甚至拖跨資料庫。我們透過設定合適的鎖等待超時閾值，可以避免這種情況發生。

避免死鎖的方法

1. 在應用中，如果不同的程式會併發存取多個表，應儘量約定以相同的順序來訪問表，這樣可以大大降低產生死鎖的機會。在下麵的例子中，由於兩個session訪問兩個表的順序不同，發生死鎖的機會就非常高！但如果以相同的順序來訪問，死鎖就可以避免。
2. 在程式以批次方式處理資料的時候，如果事先對資料排序，保證每個執行緒按固定的順序來處理記錄，也可以大大降低出現死鎖的可能。
3. 在事務中，如果要更新記錄，應該直接申請足夠級別的鎖，即排他鎖，而不應先申請共享鎖，更新時再申請排他鎖，因為當使用者申請排他鎖時，其他事務可能又已經獲得了相同記錄的共享鎖，從而造成鎖衝突，甚至死鎖。
4. 在REPEATABLE-READ隔離級別下，如果兩個執行緒同時對相同條件記錄用SELECT…FOR
   UPDATE加排他鎖，在沒有符合該條件記錄情況下，兩個執行緒都會加鎖成功。程式發現記錄尚不存在，就試圖插入一條新記錄，如果兩個執行緒都這麼做，就會出現死鎖。這種情況下，將隔離級別改成READ COMMITTED，就可避免問題。
5. 當隔離級別為READ COMMITTED時，如果兩個執行緒都先執行SELECT…FOR
   UPDATE，判斷是否存在符合條件的記錄，如果沒有，就插入記錄。此時，只有一個執行緒能插入成功，另一個執行緒會出現鎖等待，當第1個執行緒提交後，第2個執行緒會因主鍵重出錯，但雖然這個執行緒出錯了，卻會獲得一個排他鎖！這時如果有第3個執行緒又來申請排他鎖，也會出現死鎖。

• 對於這種情況，可以直接做插入操作，然後再捕獲主鍵重異常，或者在遇到主鍵重錯誤時，總是執行ROLLBACK釋放獲得的排他鎖

小結

這是一篇學習文章，關於MySQL的鎖機制又多了幾分瞭解，以後在寫SQL和排查問題時候，儘量避免死鎖和更快定位問題所在。