MySQL高级第十四篇：锁机制分类详解（表锁，行锁，页锁，悲观锁和乐观锁）

一、概述

• 事务的隔离性就是由锁来实现。
• 锁是计算机协调多个进程或线程并发访问某一资源的机制。和在开发中加锁以保证数据的一致性一样，这个思想在数据库领域中同样很重要。
• 在数据库中，数据是一种供许多用户共享的资源，为保证数据的一致性，需要对并发操作进行控制，因此产生了锁。同时锁机制也为实现MySQL的各个隔离级别提供了保证。

二、MySQL并发事物访问相同记录的几种情况？

对于两个事物，我们把增删改叫做写操作，查询叫做读操作，有以下几种情况：

1. 读–读情况

• 读操作不会对记录有任何影响，所以存在任何的问题

2. 写–写情况

• 这种情况就会出现脏写的情况，是不允许发生的
• 所以在多个未提交事物对同一条记录改动设时，需要让他们排队执行，这就使用到了锁机制
• 在事务执行前本来是没有锁的，也就是说一开始是没有锁结构和记录进行关联
• 当一个事务想对这条记录做改动时，首先会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。

3. 读–写情况（写–读情况）

• 这种情况可能会出现 脏读、不可重复读和幻读
• 对于这些情况，就出现了对应的隔离级别

4. 怎么解决这些问题呢？

方案一：读操作使用多版本并发控制（MVCC,后边会讲），写操作进行加锁
方案二：读操作和写操作都进行加锁
方案一性能更好，因为读写操作不冲突，而方案二读写操作需要排队执行

三、从不同的角度对锁进行分类

1. 根据操作类型划分：读锁、写锁

• 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。
  读锁可以是共享的，也可以是排他的

• 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。这样就能确保在给定的时间里，只有一个事务能执行写入，并防止其他用户读取正在写入的同一资源。

2. 根据粒度划分：表级锁、页级锁、行锁

为了尽可能的提高数据的并发度，每次锁定的数据范围越小越好，但是管理锁却是意见很好资源的事情，锁粒度就是用来平衡高并发响应和系统性能的。

表锁

• 该锁会锁定整张表，什么存储引擎的表锁策略都相同
• 因为表锁的粒度比较大，所以它的开销比较小，可以很好的避免死锁，但并发性较差

1.表级别的S锁、X锁

• 在对某个表执行SELECT、INSERT、DELETE、UPDATE语句时，InnoDB存储引擎是不会为这个表添加表级别的S锁或者X锁的。
• 而在对某个表执行一些诸如ALTER TABLE、DROP TABLE这类的DDL语句时，其他事务对这个表并发执行诸如SELECT、INSERT、DELETE、UPDATE的语句会发生阻塞。
• 同理，某个事务中对某个表执行SELECT、INSERT、DELETE、UPDATE语句时，在其他会话中对这个表执行DDL语句也会发生阻塞。
• 这个过程其实是通过在server层使用一种称之为元数据锁结构来实现的。
• 一般情况下，不会使用InnoDB存储引擎提供的表级别的S锁和X锁。只会在一些特殊情况下，比方说崩溃恢复过程中用到。
• 应尽量避免在使用InnoDB存储引擎的表上使用LOCK TABLES这样的手动锁表语句，它们并不会提供什么额外的保护，只是会降低并发能力而已。InnoDB的特殊之处还是实现了更细粒度的行锁。

2.意向锁

• lnnoDB支持多粒度锁，它允许行级锁与表级锁共存，而意向锁就是其中的一种表锁。

  • 意向锁的存在是为了协调行锁和表锁的关系，支持多粒度（表锁与行锁）的锁并存。
  • 意向锁是一种不与行级锁冲突表级锁，这一点非常重要。
  • 表明“某个事务正在某些行持有了锁或该事务准备去持有锁”

• 意向锁分为两种：

  • 意向共享锁：事务有意向对表中的某些行加共享锁（S锁）
  • 意向排他锁：事务有意向对表中的某些行加排他锁（X锁）

意向锁在保证并发性的前提下，实现了行锁和表锁共存且满足事务隔离性的要求。

意向锁是由存储引擎自己维护的，用户无法手动操作意向锁，在为数据行加共享／排他锁之前，InooDB会先获取该数据行所在数据表的对应意向锁。

3.自增锁

• 自增锁是当向使用含有AUTO＿INCREMENT列的表中插入数据时需要获取的一种特殊的表级锁，在执行插入语句时就在表级别加一个自增锁，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，再把锁释放掉。
• 一个事务在持有自增锁的过程中，其他事务的插入语句都要被阻塞，可以保证一个语句中分配的递增值是连续的。
• 所以，其并发性并不高，当我们向一个有AUTO＿INCREMENT关键字的主键插入值的时候，每条语句都要对这个表锁进行竞争，所以InnoDB通过==innodb＿autoinc＿lock＿mode（0，1，2）==的不同取值来提供不同的锁定机制，来提高SQL语句的可伸缩性和性能。

4.元数据锁（MDL锁）

• 元数据锁的作用是保证读写的正确性。
• 比如，如果一个查询正在遍历一个表中的数据，而执行期间另一个线程对这个表结构做变更，增加了一列，那么查询线程拿到的结果跟表结构对不上，这肯定是不行的。
• 因此，当对一个表做增删改查操作的时候，加MDL读锁；当要对表做结构变更操作的时候，加MDL写锁。
• 读锁之间不互斥，因此可以有多个线程同时对一张表增删改查。读写锁之间、写锁之间是互斥的，用来保证变更表结构操作的安全性，解决了DML和DDL操作之间的一致性问题。
• 它不需要显式使用，在访问一个表的时候会被自动加上。

InnoDB中的行锁

• 优点：锁定力度小，发生锁冲突概率低，可以实现的并发度高。
• 缺点：对于锁的开销比较大，加锁会比较慢，容易出现死锁情况。
• InnoDB与MylSAM的最大不同有两点：一是支持事务；二是采用了行级锁。

1.记录锁

• 记录锁就是仅仅把一条记录锁上，对周围的数据没有影响。
• 记录锁分为S型记录锁和X型记录锁。
  • 当一个事务获取了一条记录的S型记录锁后，其他事务也可以继续获取该记录的S型记录锁，但不可以继续获取X型记录锁；
  • 当一个事务获取了一条记录的X型记录锁后，其他事务既不可以继续获取该记录的S型记录锁，也不可以继续获取X型记录锁。

2.间隙锁

• 幻读的解决方案有两种，第一可以使用MVCC方案解决，第二也可以采用加锁方案解决。
• 但是在使用加锁方案解决时有个大问题，就是事务在第一次执行读取操作时，那些幻影记录尚不存在，我们无法给这些幻影记录加上记录锁。
• InnoDB提出了一种称之为Gap Locks的锁（间隙锁），不允许别的事务在间隙锁记录前边的间隙插入新记录。
• gap锁的提出仅仅是为了防止插入幻影记录而提出的。虽然有共享gap锁和独占gap锁，但是它们起到
  的作用是相同的。如果对一条记录加了gap锁（不论是共享还是独占），并不会限制其他事务对这条记录加记录锁或者继续加gap锁。

3.临键锁

• 有时候我们既想锁住某条记录，又想阻止其他事务在该记录前边的间隙插入新记录，所以InnoDB就提出了一种临建锁。
• 临键锁是在存储引擎Innodb、事务级别在可重复读的情况下使用的数据库锁，Innodb默认的锁就是临键锁。
• 他就相当于记录锁和间隙锁的合体。

4.插入意向锁

• 一个事务在插入一条记录时需要判断一下插入位置是不是被别的事务加了gap锁，如果有的话，插入操作需要等待，直到拥有gap锁的那个事务提交。

• 但是lnnoDB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录，但是现在在等待。InnoDB就把这种类型的锁命名为插入意向锁。

• 插入意向锁是一种Gap锁，不是意向锁，在insert操作时产生。

• 插入意向锁是在插入一条记录行前，由INSERT操作产生的一种间隙锁。该锁用以表示插入意向，当多个事务在同一区间插入位置不同的多条数据时，事务之间不需要互相等待。

• 插入意向锁的特性：

  • 插入意向锁是一种特殊的间隙锁，间隙锁可以锁定开区间内的部分记录。
  • 插入意向锁之间互不排斥，所以即使多个事务在同一区间插入多条记录，只要记录本身不冲突，那么事务之间就不会出现冲突等待。

虽然插入意向锁中含有意向锁三个字，但是它并不属于意向锁而属于间隙锁，因为意向锁是表锁，而插入意向锁是行锁。

页锁

• 页锁就是在页的粒度上进行锁定，锁定的数据资源比行锁要多，因为一个页中可以有多个行记录。当我们使用页锁的时候，会出现数据浪费的现象，但这样的浪费最多也就是一个页上的数据行。
• 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。

3. 根据对锁的态度划分：悲观锁、乐观锁（思想）

悲观锁

• 悲观锁总是假设最坏的情况，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。
• 共享资源每次只给一个线程使用，其它线程阻塞，用完后再把资源转让给其它线程。
• Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁思想的实现。

乐观锁

• 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，也就是不采用数据库自身的锁机制，而是通过程序来实现。
• 在程序上，我们可以采用版本号机制或者CAS机制实现。
• 乐观锁适用于多读的应用类型，这样可以提高吞吐量。在Java中java.util.concurrent.atomic包下的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。

小结

• 乐观锁适合读操作多的场景，相对来说写的操作比较少。它的优点在于程序实现，不存在死锁问题，不过适用场景也会相对乐观，因为它阻止不了除了程序以外的数据库操作。
• 悲观锁适合写操作多的场景，因为写的操作具有排它性。采用悲观锁的方式，可以在数据库层面阻止其他事务对该数据的操作权限，防止读写和写写的冲突。

除了上边一些常见的锁以外，还有一些其他的锁，如显式锁，隐式锁，全局锁等，本篇篇幅太长就暂时不在这里记录了……

最后，附一张InnoDB锁结构图：