InnoDB之锁

这里说的锁是指事务级别的对行记录/表进行加/解锁。
事务的开始--加锁，事务的提交/回滚--解锁。
和我们通常说的多线程对共享资源的锁是不一样的。

1. 锁的类型

1. 行级锁

我们知道InnoDB支持行级锁。即以下两种：

• 共享锁（S Lock）：允许事务读取某一行的数据

• 排他锁（X Lock）：允许事务写某一行的数据

  
  
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S锁和S锁是可以兼容的，S和X、X和X是不兼容的。

2. 表级锁

InnoDB也有表级锁，当遇到如下SQL就会加表级锁

ALTER TABLE, DROP TABLE, LOCK TABLES

LOCK TABLE my_tabl_name READ; 用读锁锁表，会阻塞其他事务修改表数据。
LOCK TABLE my_table_name WRITE; 用写锁锁表，会阻塞其他事务读和写。

即表级锁也有S锁和X锁。

意向锁

InnoDB中有一种表级锁叫意向锁。
InnoDB有一个这样的规定：在加行级锁之前自动会加意向锁。

• 意向共享锁（IS Lock）：事务“想要”读取某几行数据。
• 意向排他锁（IX Lock）：事务“想要”写某几行数据。

即在加S Lock时，会先加IS Lock。在加X Lock时，会先加IX Lock。
意向锁只是表达一个意愿，表达后面我将要做什么。

那意向锁的作用是什么呢？

考虑场景：我们使用LOCK TABLE语句希望对表A加读锁，这时我们应该先要判断是否有其他事务对表A进行写。

• 没有意向锁
  做法是遍历表A的所有行级锁，看是否有X锁。
  显然这样的方式太耗时。
• 有了意向锁
  做法判断一下表A是否有IX就可以了。就可以判断表A此时有没有在写的事务。

总结一下意向锁的作用：就是为了提高锁定表级数据的效率。

所以我们再来看一下意向锁和表锁之间的兼容性：

image.png

• 意向锁之间都是兼容的
• 表中的S和X都指的是表级锁。意向锁和行级锁不存在兼容性问题，都是兼容的。

2. 一致性非锁定读

读取数据时，如果读取的行已被加X锁，则无需等待，读取的是该行的快照版本。这种技术称为多版本控制（MVVC）。

image.png

• 快照版本可以有多个，是由undo段来实现，而undo段用于回滚，所以快照版本无需额外的开销。
• 读取快照版本不会加任何锁，因为没有事务会对历史版本进行修改。

不同事务隔离下不同的行为

READ COMMITTED

• 使用的是一致性非锁定读。
• 快照版本是该行的最新一条快照版本。

REPEATABLE READ（默认级别）

• 使用的是一致性非锁定读。
• 快照版本是事务开始时的版本。

这个行为也决定了RR为什么解决了不可重复读的问题。

解释一下上面两个快照版本的区别

事务A：读行r | --------------- | 读行r
事务B：--------| 写r commit |

主要是看事务A第二次读行r的结果

• READ COMMITTED：读的是事务B提交后的快照
• REPEATABLE READ：读的是事务A开始时读的快照。

3. 一致性锁定读

意思就是用户可以显示地指定读操作一定要加锁。

select ...... for update ：这条select语句加X锁
select ......lock in share mode ：这条select语句加S锁

4. 自增长与锁

自增长一般我们都会用，如何保证并发下插入的自增长都是1？

• InnoDB使用一种AUTO-INC Locking，它是一个表锁。
  不同的是：这个锁的释放是在插入语句执行结束后就释放，而不是事务结束。所以这个效率就会还不错了。
  所以并不是全部的锁都是在事务结束后才释放。
• 自增长的列一定要加索引且是索引的第一列(如果索引是组合索引)，否则MySQL会报错。

5. 行锁的3种算法

Record Lock、Gap Lock和Next-Key Lock

• Record Lock：单个行记录上的锁。
• Gap Lock：间隙锁，锁定一个范围，不包含记录本身
• Next-Key Lock：Record Lock+Gap Lock，锁定一个范围且包含记录本身。
  以上说的锁都是锁的索引。如果没有索引InnoDB会自动建一个rowId索引。

举个例子：
表A只有一个字段id，id为主键。此时表中有四行记录1, 3, 5, 7
对于一个查询语句而言：

Begin
select * from A where id > 2 for update;--加for update的目的是生成X锁。
--注意此时事务并没有提交

• Record Lock：会锁住这个sql语句扫描到的符合条件的所有索引。即3，5，7会被锁住，即此时其他事务无法对id=3、5、7的行进行查询或修改。但可以插入id为4、6、8等行记录。
• Gap Lock：首先会根据所有的索引值生成Gap: (-无穷,1),(1, 3),(3,5),(5,7),(7,+无穷)。然后会锁住根据sql语句扫描到的符合条件的所有gap，不包含索引值本身。即此时其他事务可以修改记录3、5、7但不可以插入4、6、8等。
• Next-Key Lock：也是会先生成Gap：(-无穷,1],(1, 3],(3,5],(5,7],(7,+无穷)。注意这里的Gap是左开右闭的，即包含了扫描到的索引本身。所以此时会锁住所有大于1的范围，即其他事务无法写入/修改和读取所有大于1的记录。

Next-Key Lock

Next-Key Lock是InnoDB在默认隔离级别(REPEATABLE READ)下对于行查询默认的算法。设计的目的为了解决幻读问题。

幻读

幻读：相同两个SQL查询，由于两次SQL查询期间有其他事务的操作，导致执行的结果不同。

• 幻读：第二次读和第一次读比较：多了一些行或少了一些行（其他事务插入/删除了这些行记录）
• 不可重复读：第二次读和第一次读比较：一些行的值不一样（其他事务修改了这些行记录）

从上面我们可以看到Next-Key Lock解决幻读的具体过程。其实是for update+Next-Key Lock才可以解决幻读现象。
这里我们总结一下原因：

• for update：决定了读必须加锁
• Next-Key Lock：决定了加的锁是Gap+Record Lock。
• 查询SQL的条件：决定了Gap Lock的范围。

降级

Next-Key Lock在一些情况下可以降级为Record Lock。

Begin
select * from A where id = 3 for update;
select * from A where id in (1,3) for update;

当查询的字段是唯一索引，且搜索的条件也是唯一的时，此时Next-Key Lock就会降级为Record Lock。原因是根据这个条件查询，不会出现因为其他事务insert导致同一个事务内的两次查询，记录不一样。

• REPEATABLE READ：使用next-key lock来解决这个问题，即锁住的是一个范围。
• READ COMMITTED：使用Record Lock，所以无法避免幻读现象。

一个死锁问题-蛮有意思的

image.png

• 在时间点4时，会话A需要等待会话B的S锁结束，所以这里会阻塞。
• 时间点5时，会话A需要等待会话B释放S锁，会话B需要等待会话A释放S锁，这样就形成了循环等待，造成了死锁。

InnoDB会检测出这种死锁条件，直接抛出异常。

6. 锁的问题

1. 脏读

脏读是指一个事务中读到了其他事务未提交的数据。
一般不会出现，除非隔离级别设为：READ UNCOMMITTED，其他隔离级别都不会出现。

2. 丢失更新

比如说有一个这样的逻辑：

[1] select `account` from a where `name` = 'kobe';
....
[2] update a 
set `account` = '[1]查询结果 + 100' where `name` = `kobe`;

• 首先查询kobe的账户余额，然后根据账户余额去更新这个账户。
• 出现的问题：在[1]和[2]之间其他事务对kobe的账户做了改动，在执行[2]时，其实kobe的账户并不是[1]查到的结果了。
• 比如：kobe账户总共1万，在执行[1]时查到1万。此时其他事务将账户减去9千，还剩一千，然后执行[2]，认为账户余额还是1万，则把账户设为1万+1百=1万1了。
• 解决办法：使用一致性锁定读，即在[1]读的时候加X锁，则其他事务就无法进行修改和读取，这样[2]使用的余额就是数据库中最新的值。

[1] select `account` from a where `name` = 'kobe' for update;
....
[2] update a 
set `account` = '[1]查询结果 + 100' where `name` = `kobe`;

7. 数据库隔离级别与读问题

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1. 解释一下

这个是数据库系统的规范，即任何具体的数据库都必须满足的特性。只是不同的数据库有自己的对这种规范的具体实现方式。

2. Lost updates

• 即一个事务修改行r，另一个事务也可以修改行r，这样后一个事务相当于把前一个事务修改的数据覆盖掉了。即前一个事务修改的数据“Lost”。
• 所有的数据库隔离级别都不会发生这种事，即行r被一个事务修改的时候，另一个事务是不可以修改的。
• 上节说的“丢失更新”是业务级别上的，并不是数据库事务级别上的。

3. Dirty reads

• 这个上面已经说过了，RC和RR都不会发生。RC通过名字就可以看出来，read已经committed的数据。
• 在InnoDB中，RC由于一致性非限定读，读的是最新的快照版本，所有读的一定是已经committed的数据。

4. Non-repeatable reads

• RR不会发生，通过名字就可以看出来，repeatable read。
• 在InnoDB中，RR由于一致性非限定读，读的是事务开始的快照版本，所以是repeatable read的。
• 所以跟具体使用的哪种锁(Next-Key Lock)没有太大关系。其实个人感觉Next-Key Lock并没有太大意义，可重复读是靠MVVC解决的，而它只是在特定情况下能够解决幻读问题，这个特定情况又是那么特定。

5. Phantoms

• 由图可以看出，只有Serializable才不会出现。
• 在InnoDB中，从上面我们可以看到RR的Next-Key Lock说可以解决幻读现象，那与这里是否矛盾呢?
• 其实并不矛盾，因为上面说RR的Next-Key Lock+for update才可以解决幻读现象，只是单纯的Next-Key Lock并不能解决幻读现象。

8. 阻塞

当一个事务等待另一个事务commit时，我们称为阻塞。
默认情况下，当一个事务阻塞到一定时间时(默认50s)，会抛出异常。注意此时此事务并没有把之前的操作进行commit或者roll back，此时处于一种非常危险的状态。所以一定要设置当事务超时时，是commit还是roll back。

9. 死锁

回忆下死锁的知识：

数据库中的死锁是指：多个事务竞争同一资源锁，而出现互相等待，若无外力则无法进行下去。

解决死锁的办法

• 事务超时机制
  当出现死锁时，事务阻塞时间超过某个值，则让这个事务roll back释放资源，这样其他事务就可以继续进行下去。
  缺点：roll back的事务永远是先阻塞的事务，如果先阻塞的事务的undo太大，则代价很大。简单地说就是无法控制应该让哪个事务roll back。

• wait for graph
  维护一张有向图，节点就是事务，节点之间的连线说明事务A需要等待事务B释放资源。类似于下图：

  
  
  image.png
  
  

  当图中出现回路时，则说明有死锁。图中的t1和t2就是一个回路。
  当任意一个事务申请锁时，都回去更新这张图，如果存在回路则挑undo量最小的事务进行roll back。

死锁的示例

死锁的场景还是很简单的，就是A等待B，B等待A。就会出现死锁。下面这个例子很简单，看一看。

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