工作面试老大难 - 锁

一、概述

为保证数据的一致性和完整性，需要对 事务间并发操作进行控制 ，因此产生了 锁 。锁冲突 也是影响数据库 并发访问性能 的一个重要因素。所以锁对数据库而言显得尤其重要，也更加复杂。

二、并发问题

1. MySQL并发事务访问相同记录
   （1）读读情况
   允许这种情况的发生
   （2）写-写情况
   该图描述：当一个事务想对这条记录做改动时，首先会看看内存中有没有与这条记录关联的 锁结构 ，当没有的时候就会在内存中生成一个 锁结构 与之关联。等其它事务再次访问该条记录时候，若已经有锁与之关联，那么就需要等待，自身的锁结构为true。
   （3）读写情况
   即一个事务进行读取操作，另一个进行改动操作。这种情况下可能发生 脏读 、 不可重复读 、 幻读 的问题。注意： MySQL在 REPEATABLE READ 隔离级别上就已经解决了 幻读 问题。
2. 并发问题的解决方案
   （1）方案一：读操作利用多版本并发控制（ MVCC ，下章讲解），写操作进行 加锁 。
   （2）方案二：读、写操作都采用 加锁 的方式。
   两个方案对比：
   （1）采用 MVCC 方式的话， 读-写 操作彼此并不冲突， 性能更高 。
   （2）采用 加锁 方式的话， 读-写 操作彼此需要 排队执行 ，影响性能。

三、锁的分类（不同角度）

从数据操作的类型划分：读锁、写锁

1. 读锁 ：也称为 共享锁 、英文用 S 表示。针对同一份数据，多个事务的读操作可以同时进行而不会
   互相影响，相互不阻塞的。
2. 写锁 ：也称为 排他锁 、英文用 X 表示。当前写操作没有完成前，它会阻断其他写锁和读锁。
   注意：对于 InnoDB 引擎来说，读锁和写锁可以加在表上，也可以加在行上
   对读取的记录加X锁：SELECT … LOCK IN SHARE MODE; SELECT … FOR SHARE;
   对读取的记录加S锁：SELECT … FOR UPDATE;

从锁粒角度划分

表级别

1. 表级别的 X锁、S锁：普通的读锁、写锁。注意： InnoDB 存储引擎提供的表级 S锁 或者 X锁 是相当鸡肋，只会在一些特殊情况下，比方说崩溃恢复过程中用到。
2. 表级别的 意向锁：给更大一级别的空间（数据页或数据表）示意里面是否已经上过锁。注意：也就是说其实IS锁和IX锁是兼容的（IX、IX也兼容），并且它们也都与行级别的X锁、S锁兼容
   
3. 表级别的 AUTO-INC锁
   系统实现这种自动给 AUTO_INCREMENT 修饰的列递增赋值的原理主要是两个：
   （1）在执行插入语句时就在表级别加一个 AUTO-INC 锁，然后为每条待插入记录的 AUTO_INCREMENT 修饰的列分配递增的值，在该语句执行结束后，再把 AUTO-INC 锁释放掉。这样一来，该语句执行时候，不会受到其它事务的执行语句影响。（不确定要插入数量情况下）
   （2）采用一个轻量级的锁，在为插入语句生成 AUTO_INCREMENT 修饰的列的值时获取一下这个轻量级锁，然后生成本次插入语句需要用到的 AUTO_INCREMENT 列的值之后，就把该轻量级锁释放掉，不需要等到整个插入语句执行完才释放锁。（确定要插入数量情况下）

行级别

1. 行级别的 记录锁
   普通的读锁（S）锁、写（X）锁。 对一行记录锁定

2. 行级别的 间隙锁
   引出：为了解决幻读问题而生
   概念：锁定两条记录之间间隙（左开右开），使其中不能插入数据，也就防止了幻读问题产生。
   注意：如果对一条记录加了 gap锁 （不论是 共享gap锁 还是 独占gap锁 ），并不会限制其他事务对这条记录加 正经记录锁 或者继续加 gap锁。这也说明了间隙锁只为解决防止插入幻影记录而生。
   特例：给最后一条记录或者给Supremum加gap锁之后，可以阻止其他事务插入 number 值在 (20, +∞) 这个区间的新记录

3. 行级别的 临键锁
   概念：一句话，记录锁与间隙锁的合体，左闭右开
   例如这个，在（ 3，8 ] 这个区间中在锁还没有释放之前（拥有 gap锁 的该事务提交之前）不能插入记录。也就是，它既能保护该条记录，又能阻止别的事务
   将新记录插入被保护记录前边的 间隙 。

4. 行级别的 插入意向锁（想要在间隙锁中保护的间隙中插入记录，等待时，会生成一个插入意向锁）
   概念：设计 InnoDB 的大叔规定事务在等待的时候也需要在内存中生成一个 锁结构 ，表明有事务想在某个 间隙 中插入新记录，但是现在在等待。
   注意：插入意向锁并不会阻止别的事务继续获取该记录上任何类型的锁

页级别

1. 页锁
   页锁的开销介于表锁和行锁之间，会出现死锁。锁定粒度介于表锁和行锁之间，并发度一般。
   每个层级的锁数量是有限制的，因为锁会占用内存空间， 锁空间的大小是有限的 。当某个层级的锁数量
   超过了这个层级的阈值时，就会进行 锁升级 。锁升级就是用更大粒度的锁替代多个更小粒度的锁，比如
   InnoDB 中行锁升级为表锁，这样做的好处是占用的锁空间降低了，但同时数据的并发度也下降了。

从锁的态度划分

悲观锁

概念：对数据被其他事务的修改持保守态度，会通过数据库自身的锁机制来实现，从而保证数据操作的排它性。每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会 阻塞 直到它拿到锁

乐观锁

概念：乐观锁认为对同一数据的并发操作不会总发生，属于小概率事件，不用每次都对数据上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据。不采用数据库自身的锁机制，而是通过程序来实现。
思路：一条记录，事务A读一次数据，version是1，然后进行修改，判断version是否为1，如果读的时候version是1，改的时候还是1，那么这就说明，在两次操作之间没有其它事务对该条记录操作。（以版本号机制为例子）
实现方式：
（1）乐观锁的版本号机制
（2）乐观锁的时间戳机制（原理相同）

加锁方式

显示锁

通过特定的语句进行加锁，我们一般称之为显示加锁，例如：
（1）显示加共享锁： select … lock in share mode
（2）显示加排它锁： select … for update

隐式锁

概念：一个事务对新插入的记录可以不显式的加锁（生成一个锁结构），但是由于事务id 这个牛逼的东东的存在，相当于加了一个 隐式锁 。（必须加一个锁的原因，在一个事务中新插入的记录，并发的事务会对该记录进行读、或者写操作，这就造成了脏读、脏写）

事务id起的作用：
（1）对于聚簇索引记录来说，有一个 trx_id 隐藏列，该隐藏列记录着最后改动该记录的 事务id 。那么如果在当前事务中新插入一条聚簇索引记录后，该记录的 trx_id 隐藏列代表的的就是当前事务的事务id ，如果其他事务此时想对该记录添加 S锁 或者 X锁 时，首先会看一下该记录的 trx_id 隐藏列代表的事务是否是当前的活跃事务，如果是的话，那么就帮助当前事务创建一个 X锁 （也就是为当前事务创建一个锁结构， is_waiting 属性是 false ），然后自己进入等待状态（也就是为自己也创建一个锁结构， is_waiting 属性是 true ）。

（2）对于二级索引记录来说，本身并没有 trx_id 隐藏列，在二级索引页面的 Page Header 部分有一个 PAGE_MAX_TRX_ID 属性，该属性代表对该页面做改动的最大的 事务id ，如果 PAGE_MAX_TRX_ID 属性值小于当前最小的活跃 事务id ，那么说明对该页面做修改的事务都已经提交了，则此时其他事务直接可以对该记录添加 S锁 或者 X锁， 否则就需要在页面中定位到对应的二级索引记录，然后回表找到它对应的聚簇索引记录，然后再根据该条聚簇索引的trx_id找到这条记录目前所在事务，则会为该事务创建一个 X锁结构，并且自己也创建一个进入等待状态。

其他

全局锁

全局锁就是对 整个数据库实例 加锁。当你需要让整个库处于 只读状态 的时候，可以使用这个命令，之后其他线程的以下语句会被阻塞：数据更新语句（数据的增删改）、数据定义语句（包括建表、修改表结构等）和更新类事务的提交语句。全局锁的典型使用 场景 是：做 全库逻辑备份 。
全局锁的命令： Flush tables with read lock

死锁

概念：在MySQL中，当多个事务同时请求相同的资源时，可能会发生死锁。死锁是指两个或多个事务互相等待对方释放资源，导致所有事务都无法继续执行的情况。

实际处理：
（1）第一种策略，直接进入等待，直到超时。这个超时时间可以通过参数innodb_lock_wait_timeout 来设置。
（2）第二种策略，发起死锁检测，发现死锁后，主动回滚死锁链条中的某一个事务（将持有最少行级排他锁的事务进行回滚），让其他事务得以继续执行。将参数 innodb_deadlock_detect 设置为on ，表示开启这个逻辑。

第二种策略成本分析：
（1）如果你能确保这个业务一定不会出现死锁，可以临时把死锁检测关掉。但是这种操作本身带有一定的风险，因为业务设计的时候一般不会把死锁当做一个严重错误，毕竟出现死锁了，就回滚，然后通过业务重试一般就没问题了，这是 业务无损 的。而关掉死锁检测意味着可能会出现大量的超时，这是业务有损 的。
（2）控制并发度。如果并发能够控制住，比如同一行同时最多只有10个线程在更新，那么死锁检测的成本很低。基本思路就是，对于相同行的更新，在进入引擎之前排队，这样在InnoDB内部就不会有大量的死锁检测工作了。

避免死锁

1. 尽量减少事务的持有时间，尽快释放锁。
2. 尽量减少事务中需要锁定的资源数量，避免同时请求相同的资源。
3. 尽量按照相同的顺序请求资源，避免交叉锁定。
4. 使用合适的隔离级别，例如使用READ COMMITTED隔离级别可以减少死锁的发生。
5. 对于复杂的事务，可以使用分布式事务管理器来协调多个事务的操作，避免死锁的发生。

四、锁内存结构

五、锁监控

至此，《MySQL是怎样运行的：从根儿上理解MySQL》，复习结束！