文章目录

  • Lock事务锁
  • InnoDB引擎中的行锁
  • 事务中的行锁机制
  • 俩段锁
  • 行锁的三个实现算法
  • 事务的四种隔离级别
  • 实现原理
  • Read UnCommitted（读未提交）
  • Read Committed（读提交）
  • Repeatable Read（可重复读）
  • 丢失更新
  • Serializable (串行化)
  • 自增长锁
  • 死锁


Lock事务锁

  • 在了解数据库锁之前，首先就要区分开lock和latch。在数据库中，lock和latch虽然都是锁，却有着截然不同的含义。
  • latch通常被我们称为闩锁(轻量级锁)，因为其要求锁定的时间必须非常短。在InnoDB中，latch可以分为mutex(互斥锁)和rwlock(读写锁)，它的作用是用来保证并发线程操作临界资源的正确性，并且通常没有死锁检测机制。总之他操作的线程, 保护的是理解资源
  • lock的操作对象则是事务，用来锁定数据库中的对象，如表、页、行等，并且一半lock的对象仅在事务提交或者回滚后释放，并且lock有死锁检测机制，操作的是事务, 保护的是数据库中的数据, 本篇博客介绍的也主要是lock，下面是lock和latch的区别。

    • mysql innodb_lock_wait_timeout默认值 mysql noholdlock_java

InnoDB引擎中的行锁

  • 在InnoDB存储引擎中实现了下面两种标准的行级锁
  • 共享锁（S Lock) ：允许事务读一行数据
  • 排他锁（X Lock) ：允许事务删除或者更新一行数据。
  • 由于共享锁并不涉及到数据的修改，所以即使一个事务已经获得了行1的共享锁，另外的事务也可以立即获得行1的共享锁，这种情况又被称为锁兼容。
  • 对于排他锁又是另一种情况，由于排他锁涉及到了数据的修改，为了保证安全，其他的事务想要获得同一行的排他锁时，必须要等到前一个事务释放锁才行，这种情况又被称为锁不兼容
  • 由于InnoDB支持多粒度锁定，所以允许事务可以同时存在行锁和表锁，为了支持在不同粒度上进行加锁操作，InnoDB支持一种额外的锁方式，即意向锁（Intention Lock）。意向锁即将锁定的对象分为多个层次，意味着希望事务在更细粒度上进行加锁，如下图。

    • mysql innodb_lock_wait_timeout默认值 mysql noholdlock_java_02

  • 如果我们想对下层的对象如记录上一个X锁，就需要先对粒度更粗的上层对象上锁，需要分别先对数据库、表、页上IX锁，再对记录上X锁。（防止我们对一行上了读锁之后，某个事务申请了一个表级的写锁，此时这个事务就会对我们上锁的数据进行修改，导致出现问题)
  • InnoDB支持意向锁设计比较简练，其意向锁即为表级别的锁，设计目录主要是为了在一个事务中揭示下一行将被请求的锁的类型，两种意向锁分别如下
  • 意向共享锁（IS Lock），先到的事务获得了某一张表中某几行的共享锁
  • 意向排他锁（IX Lock），先到的事务获得了某一张表中某几行的排他锁
  • 由于InnoDB支持的是行级别的锁，因此意向锁不会阻塞除全表扫描外的任何请求，故兼容性如下。

    • mysql innodb_lock_wait_timeout默认值 mysql noholdlock_java_03

事务中的行锁机制

  • 事务的几种性质原子性,持久性,隔离性,一致性，数据库为了维护这些性质，尤其是一致性和隔离性，一般使用加锁这种方式。同时数据库又是个高并发的应用，同一时间会有大量的并发访问，如果加锁过度，会极大的降低并发处理能力。所以对于加锁的处理，可以说就是数据库对于事务处理的精髓所在。

俩段锁

  • 在事务开始阶段，数据库并不知道会用到哪些数据。数据库遵循的是两段锁协议，也就是将事务分成两个阶段，加锁阶段和解锁阶段（所以叫两段锁）
  • 加锁阶段：在该阶段可以进行加锁操作。在对任何数据进行读操作之前要申请并获得S锁（共享锁，其它事务可以继续加共享锁，但不能加排它锁），在进行写操作之前要申请并获得X锁（排它锁，其它事务不能再获得任何锁）。加锁不成功，则事务进入等待状态，直到加锁成功才继续执行。
  • 解锁阶段：当事务释放了一个封锁以后，事务进入解锁阶段，在该阶段只能进行解锁操作不能再进行加锁操作。
  • 这种方式虽然无法避免死锁.死锁的解决办法在后面会讲到，但是两段锁协议可以保证事务的并发调度是串行化（串行化很重要，尤其是在数据恢复和备份的时候）的。

行锁的三个实现算法

  • 在InnoDB中由三种行锁的算法
  1. Record Lock：单个行记录的上锁
  2. Gap Lock：间歇锁，不包含记录本身的区间锁
  3. Next-Key Lock：包含记录本身的区间锁, 是前两个算法的结合体
  • 为了更好的理解他们的区别，我拿一组数据来进行举例

有一组数据，其索引分别为10、30、60
此时使用SQL语句SELECT * FROM t WHERE id = 10 FOR UPDATE，三种锁的范围如下

Record Lock: 对10单行进行加锁
Gap Lock : (-∞， 10)、(10, 30)、(30， 60)、(60， +∞)
Next-Key Lock : (-∞，10]、(10，30]、(30，60]、(60，+∞)
对于Record Lockl来说，其总是会去锁住索引记录，即使没有设置任何一个索引，它也会使用隐式的索引进行锁定。

Next-Key Lock是结合了前面所说的两种锁算法，既锁住范围，也锁住记录本身，在InnoDB中对于行的查询都会采用这种算法，而设计它的目的正是为了解决幻读问题。

事务的四种隔离级别

  • 在数据库操作中，为了有效保证并发读取数据的正确性，提出的事务隔离级别。我们的数据库行锁，也是为了构建这些隔离级别存在的。
  • 未提交读(Read Uncommitted)：允许脏读，也就是可能读取到其他会话中未提交事务修改的数据
  • 提交读(Read Committed)：只能读取到已经提交的数据。Oracle等多数数据库默认都是该级别 (不重复读)
  • 可重复读(Repeated Read)：可重复读。在同一个事务内的查询都是事务开始时刻一致的，InnoDB默认级别。在SQL标准中，该隔离级别消除了不可重复读，但是还存在幻象读
  • 串行读(Serializable)：完全串行化的读，每次读都需要获得表级共享锁，读写相互都会阻塞

实现原理

Read UnCommitted（读未提交）
  • Read Uncommitted这种级别，数据库一般都不会用，而且任何操作都不会加锁，这里就不讨论了。
Read Committed（读提交）
  • 在RC级别中，数据的读取都是不加锁的，但是数据的写入、修改和删除是需要加锁的。
  • 也就是在事务中执行insert update 和delete时会加锁,但是执行select语句的时候是不会加锁的
  • 那对于上锁, 在RC级别中使用的锁机制是Record Lock：单个行记录的上锁,
  • mysql的innoDB引擎的行锁机制锁的是索引，不是行记录，所以如果没有使用索引，那么会使用表锁，直接锁住整张表
Repeatable Read（可重复读）
  • 这是MySQL中InnoDB默认的隔离级别。
  • 他主要致力于解决不可重复读问题, 就是在一个事务中执行同一条sql俩次, 但是得到的数据信息是不一样的, 就类似下面情况
  • 事务A进行了一次查询id=1, 但是事务并没有提交, 事务B修改id=1的数据提交之后，事务A同样的查询，后一次和前一次的结果不一样，这就是不可重读（重新读取产生的结果不一样）。
  • 产生的原因就是没有给读加锁, 在Read Committed（读提交）的隔离机制中，只对update和insert，delete加锁，而对select读操作未进行加锁，所以当A事务读取值x=100，但此时B事务对x修改为x=200，导致A事务再次读x时为200
  • 在可重复读的隔离机制中，会对select，update，insert，delete加锁， 但是还是有问题,另外一个事务又在该范围内insert插入了新的记录，当之前的事务再次读取该范围时,会产生幻读（符合条件的记录增多了）
  • 在可重复读中，该sql第一次读取到数据后，就将这些数据加锁，其它事务无法修改这些数据，就可以实现可重复读了。但这种方法却无法锁住insert的数据，所以当事务A先前读取了数据，或者修改了全部数据，事务B还是可以insert数据提交，这时事务A就会发现莫名其妙多了一条之前没有的数据，这就是幻读，不能通过行锁来避免.
  • 所以当某个事务读取某个范围内的记录时，innodb存储引擎会对符合条件的记录行加上记录行之间的间隙进行上锁
  • 需要使用Next-Key + gap Lock锁（行锁与间隙锁的组合锁）解决幻读问题，当InnoDB扫描索引记录的时候，会首先对选中的索引记录加上行锁，再对索引记录两边的间隙上锁，那么这样相当于只要在符合where查询的条件区间，不管是不是存在真实的记录，都会上锁，保证了当前事务，这整个区间是同步的。
  • 至于为什么是Next-Key + gap Lock锁是因为,对于主键的聚集索引来说, 使用的是Next-Key Lock机制, 将查询的索引和之间的间隙都锁住, gap lock是用来锁住辅助索引, 将辅助索引的上一条数据的间隙和下一条数据的间隙也锁住
  • 所以说不可重复读和幻读最大的区别，就在于如何通过锁机制来解决他们产生的问题, 不可重复读只需要给select加锁即可, 但是幻读问题必须是使用Next-Key + gap Lock锁将整个范围锁住。
  • 都知道使用锁自然会降低效率, 但是InnoDB还是想办法使用MVCC多版本并发控制提高了查询的效率, 这个后面讲
丢失更新
  • 丢失更新是一个事务的更新操作会被另一个事务的更新操作覆盖,比如下面案例
  • 在实现同一个用户在俩台设备上转账的时候, 一台设备启动一个事务A, 事务A的任务是转账9999, 另一台设备启动事务B, 事务B任务的转账1圆, 此时俩台设置同时启动, 事务A首先会查看用户的余额, 发现是10000元, 可以进行转账, 还未时间操作数据实现转账的时候, 由于上的是共享锁所以事务B也查看用户的余额, 还是一万元, 然后事务A的转账操作执行, 然后提交事务释放了排它锁, 事务B的转账一元, 然后提交事务, 此时数据库中的余额是多少?是9999, 因为事务A的转账更新丢失了, 到时数据出现错误
  • 要避免更新丢失的发生, 就必须让读与加一个排他锁, 或者最安全的就是让事务的执行完全串行化, 也就是让隔离级别达到串行化Serializable级别
Serializable (串行化)
  • 使用的悲观锁的理论给读和写都加表级别锁，实现简单，数据更加安全，但是并发能力非常差。

自增长锁

  • 自增长在数据库中很常见, 是主键的首选方式, 在InnoDB引擎中, 对每一个自增长的表都有一个自增长计数器, 当对自增长列进行插入操作的时候, 就会将这个自增长值进行加一, 但是在高并发下, 这个加一操作并不是安全的, 所以InnoDB也对其进行了上锁, 这个锁与X锁和S锁不一样, 不是在事务提交后进行释放,而是当一条插入sql执行完毕后就会释放

死锁

死锁指的是两个或者两个以上的事务在执行过程中，因为争抢所资源而导致的一种互相等待的现象。在死锁的情况下，如果没有外力作用，事务将永远无法推进下去。

在数据库中通常都会使用超时机制来解决死锁。即为事务设置超时时间，即使两个事务互相等待，当其中一方超时后立刻进行回滚，另一个事务就能够继续进行了。

  • 虽然超时机制可以解决这个问题，但是我们并不能掌握回滚的事务的量级，倘若事务更新庞大，则回滚就会带来大量的性能损耗，所以我们通常会采用更加主动的策略，即使用等待图来进行死锁检测

等待图主要有俩个信息链表, 一个是锁的信息链表, 一个事务等待链表

mysql innodb_lock_wait_timeout默认值 mysql noholdlock_mysql_04

  • 由图可以发现, 在事务等待链表中有4个事务, 分别是t1~t4, 在row1行中的锁的信息链表表示t2事务上了X锁, t1事务上了S锁, 由上面俩个信息链表就可以构建出等待图

    • mysql innodb_lock_wait_timeout默认值 mysql noholdlock_mysql_05

  • 图中每个节点即为一个事务
    每条指向其他节点的线则代表着正在等待该节点的资源
    当存在回路时，则代表着事务互相等待，此时就意味着存在死锁
  • 每当事务请求锁并发生等待时，都会主动判断等待图中是否存在回路，如果存在则代表着有死锁产生，此时就会主动选择undo量最小的事务来打破死锁。在现版本的InnoDB中，通常采用深度优先搜索(老版本使用递归)来检测死锁的存在。发现有死锁就会查看当前事务的版本然后在undo.log中进行查找那个事务的回滚数据量小就会回滚哪个事务