MySQL中的那些“锁”事儿

cj2a7t
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在计算机中，锁是协调多个进程或线程并发访问某一资源的一种机制。在数据库当中，数据也是一种供许多用户共享访问的资源。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，锁的冲突也是影响数据库并发访问性能的一个重要因素。

贯穿始终的MDL锁

  • 什么是MDL锁？

MDL锁的全称是Meta Data Lock，即元数据锁。它是MySQL内置级别的锁，供MySQL预防共享资源冲突的场景。

  • MDL锁的类型：
锁名称 简称 锁类型 说明 使用语句
MDL_INTENTION_EXCLUSIVE S锁 意向锁，锁住一个范围 任何语句都会获取MDL意向锁，然后再获取更强级别的MDL锁。
MDL_SHARED S S锁 共享锁，表示只访问表结构
MDL_SHARED_HIGH_PRIO SH S锁 共享锁，只访问表结构 show create table 等
只访问INFORMATION_SCHEMA的语句
MDL_SHARED_READ SR S锁 访问表结构并且读表数据 select语句
LOCK TABLE ... READ
MDL_SHARED_WRITE SW S锁 SELECT ... FOR UPDATE
DML语句
MDL_SHARED_UPGRADABLE SU S锁 可升级锁，访问表结构并且读写表数据 Alter语句中间过程会使用
MDL_SHARED_NO_WRITE SNW S锁 可升级锁，访问表结构并且读写表数据，并且禁止其它事务写。 Alter语句中间过程会使用
MDL_SHARED_NO_READ_WRITE SNRW S锁 可升级锁，访问表结构并且读写表数据，并且禁止其它事务读写。 LOCK TABLES ... WRITE
MDL_EXCLUSIVE X X锁 禁止其它事务读写。 CREATE/DROP/RENAME TABLE等DDL语句。

S锁代表共享锁，X锁代表排他锁。

  • MDL的兼容性矩阵(对象维度)
Request type S SH SR SW SU SNW SNRW X
S ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✘
SH ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✘
SR ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✘ ✘
SW ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✘ ✘ ✘
SU ✔️ ✔️ ✔️ ✔️ ✘ ✘ ✘ ✘
SNW ✔️ ✔️ ✔️ ✘ ✘ ✘ ✘ ✘
SNRW ✔️ ✔️ ✘ ✘ ✘ ✘ ✘ ✘
X ✘ ✘ ✘ ✘ ✘ ✘ ✘ ✘

横向表示其它事务已经持有的锁，纵向表示事务想加的锁。

  • 按对象/范围维度划分
属性 含义 范围/对象
GLOBAL 全局锁 范围
COMMIT 提交保护锁 范围
SCHEMA 库锁 对象
TABLE 表锁 对象
FUNCTION 函数锁 对象
PROCEDURE 存储过程锁 对象
TRIGGER 触发器锁 对象
EVENT 事件锁 对象
  • 几种典型语句的加(释放)锁流程图
  1. select语句操作MDL锁流程
  2. DML语句操作MDL锁流程
  3. alter操作MDL锁流程
  • 几种典型语句的阻塞分析

注：DML（UPDATE、INSERT、DELETE）；DDL（CREATE、ALTER、DROP）；DQL（SELECT）。

  1. select与alter是否会相互阻塞

当执行select语句时，只要select语句在获取MDL_SHARED_READ锁之前，alter没有执行到rename阶段，那么select获取MDL_SHARED_READ锁成功，后续有alter执行到rename阶段，请求MDL_EXCLUSIVE锁时，就会被阻塞。

  1. DML与alter是否会相互阻塞

alter在opening阶段会将锁升级到MDL_SHARED_NO_WRITE，rename阶段再将升级为MDL_EXCLUSIVE，由于MDL_SHARED_NO_WRITE与MDL_SHARED_WRITE互斥，所以先执行alter或先执行DML语句，都会导致语句阻塞在opening tables阶段。

  1. select与DML是否会相互阻塞

由于MDL_SHARED_WRITE与MDL_SHARED_READ兼容，所以它们不会因为MDL而导致等待的情况。

按锁的范围划分

全局锁

  • 全局锁（FTWRL）是对整个数据库实例加锁
    • 加锁使用命令：
    flush tables with read lock;
    • 释放锁：
    unlock tables
  • 加锁流程：
    • 上全局读锁（lock_global_read_lock）：所有更新操作都会被堵塞
    • 清理表缓存
      1. 关闭所有未使用的表对象
      2. 更新全局字典的版本号
      3. 对于在使用的表对象，逐一检查，若表还在使用中，调用MDL_wait::timed_wait进行等待
      4. 将等待对象关联到table_cache对象中
      5. 继续遍历使用的表对象
      6. 直到所有表都不再使用，则关闭成功。
    • 上全局COMMIT锁（make_global_read_lock_block_commit）：会堵塞活跃事务提交

全局锁的典型使用场景是，做全库逻辑备份。把整库每个表都select出来存成文本。如果不加锁会不会出现问题呢？

表数据变更状态 备份状态
account表a用户有200元余额account(a,200)
course表没有任何数据
备份account表 得到account(a,200)
用户买了一门Java课，花了100元。
account表a用户有100元余额
course表数据为course(a,java)
这个时候我备份跑到course表了，那么备份结果就是course(a,java)

得到最终备份结果便是account(a,200) course(a,java)，这显然是不对的，因为不加锁的话中间有业务变更，所得数据是不一致。

  • 按照上面说的，我们只需要备份开始，如果数据库的引擎是InnoDB，隔离级别在RR下，开启个事务，就能拿到一致性视图。
  • MySQL官方提供的备份工具mysqldump

当 mysqldump 使用参数–single-transaction 的时候，导数据之前就会启动一个事务，来确保拿到一致性视图。

表级锁

MySQL 里面表级别的锁有两种：一种是表锁，一种是MDL锁（TABLE范围）。

  • 表锁的语法是 lock tables … read/write。与 FTWRL 类似，可以用 unlock tables 主动释放锁，也可以在客户端断开的时候自动释放。
  • MDL锁，当属性为TABLE，作用范围为表级别的时候，它也是一把表锁。正如我们上面几种典型语句的加(释放)锁分析的过程中那样。它不需要显示的使用，因为MySQL会根据你的执行语句来分析是否加锁和加何种锁。

行锁(Record Lock)

  • 行锁的功与过

    • 两阶段锁协议

    两阶段锁协议：在InnoDB事务中，行锁是需要时候才加锁，但不会不需要了就释放掉，而是等待事务提交结束时才释放。

    • 根据行锁的两阶段锁协议特性优化代码

    如图多个用户都点击下单的时候，产生锁竞争的主要场所是影院账户余额新增票价，两阶段锁协议特性是事务结束才释放锁，那么将这步骤放在最后是锁暂用时间最短。

    • 死锁问题
事务A 事务B
update t set k = k+1 where id = 1;
update t set k = k+3 where id = 2;
update t set k = k+1 where id = 2;
update t set k = k+5 where id = 1;

上面会出现死锁，解决方式便是按顺序加锁来避免死锁。

事务A 事务B
update t set k = k+1 where id = 1;
update t set k = k+3 where id = 1;
update t set k = k+1 where id = 2;
update t set k = k+5 where id = 2;
  • 行锁的类别
    • 读锁（S）
    • 写锁（X）
  • 行锁的加锁策略

对于insert，update，delete操作，InnoDB会自动给涉及到的数据加排他锁，只有select需要我们手动设置加锁级别。

  • 行锁的加锁语句
-- 读锁（S锁）
select * from t where id = 1 lock in share mode;
-- 写锁（X锁）
select * from t where id = 1 for update;

Record Lock、Gap Lock与Next-Key Lock加锁图析

  • 回顾下InnoDB的主键索引和辅助索引 主键索引（聚簇）

辅助索引

  • Record Lock加锁策略

对于主键索引，会在主键索引标上锁标记。对于普通索引，不只在普通索引标上锁标记，而且也会在主键索引标上。

  • Gap Lock加锁策略

间隙锁它锁的是索引与索引之间的间隙。

  • Next-Key Lock加锁策略

由图可以发现Next-Key Lock等于Record Lock加上Gap Lock。左开右闭。

Next-Key Lock的需要知道的几个小事

  • 两原则、两优化
    原则1：加锁的基本单位是Next-Key Lock。 原则2：查找过程中访问到的对象才会加锁。 优化1：索引上的等值查询，给唯一索引加锁的时候，Next-Key Lock 退化为行锁。 优化2：索引上的等值查询，向右遍历时且最后一个值不满足等值条件的时候，Next-Key Lock 退化为间隙锁。

写到这，需要明确一个事儿，Next-Key Lock是InnoDB RR隔离级别下的锁，是内置锁，是MySQL帮我解决某种场景锁引入的锁，那么这个场景是什么？其实它想解决的是某种情况下的幻读场景。

幻读场景分析

幻读仅专指“新插入的行”

  • 当前读场景下的幻读 表t的结构与数据
id c d(key)
0 0 0
5 5 5
10 10 10
15 15 15
20 20 20
25 25 25

再看下面这个场景：

session A sessionB
T1 begin;
update t set d=100 where d=5
T2 insert into t values(1,1,5);
T3 commit;
  • 为什么这种情况会被称为幻读，幻读有什么问题？
  1. 语义上问题：
select * from t where d = 5 for update

因为本想锁住d=5，这句话的语义被破坏了，“新插入”了一行新的d=5的数据（1,1,5）。

  1. 数据一致性的问题： 上面的情况执行结果：
id c d(key)
0 0 0
5 5 100
10 10 10
15 15 15
20 20 20
25 25 25
1 1 5

我们再分析下bin log中的记录内容

insert into t values(1,1,5);
update t set d=100 where d=5;

可以发现bin log发生与原执行不同的结果，出现了数据不一致。为了解决这个问题，InnoDB RR级别下，行锁并不会阻止当前读情况下的幻读问题，才引入了上面所提到的Next-Key Lock。

写到这，还需要明确的一件事Next-Key Lock只会阻止往当前范围的insert动作。而且间隙锁是内置锁，InnoDB RR级别的行锁默认加的。

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