一文带你聊聊MYSQL的锁和MVCC

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本文内容总结自极客时间《MySQL实战45讲》专栏

LBCC（单版本控制-锁）

基于锁的并发控制，这种方案比较简单粗暴，就是一个事务去读取一条数据的时候，就上锁，不允许其他事务来操作(当然这个锁的实现也比较重要，如果我们只锁定当前一条数据依然无法解决幻读问题)。

在 MySQL 事务中，锁的实现与隔离级别有关系，在 RR（Repeatable Read）隔离级别下，MySQL 为了解决幻读的问题，以牺牲并行度为代价，通过 Gap 锁来防止数据的写入，而这种锁，因为其并行度不够，冲突很多，经常会引起死锁。现在流行的 Row 模式可以避免很多冲突甚至死锁问题，所以推荐默认使用 Row + RC（Read Committed）模式的隔离级别，可以很大程度上提高数据库的读写并行度。

根据加锁的范围，MySQL 里面的锁大致可以分成全局锁、表级锁和行锁三类。

全局锁

全局锁就是对整个数据库实例加锁。MySQL 提供了一个加全局读锁的方法，命令是 Flush tables with read lock (FTWRL) 。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。 也就是把整库每个表都 select 出来存成文本。

表级锁

开销小，加锁快；不会出现死锁；锁定粒度大，发生锁冲突的概率最高，并发度最低。 会发生在MyISAM、memory、InnoDB、BDB 等存储引擎中。
MySQL 里面表级别的锁有两种：一种是表锁，一种是元数据锁（meta data lock，MDL)。

表锁

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。需要注意，lock tables 语法除了会限制别的线程的读写外，也限定了本线程接下来的操作对象。

元数据锁

MDL 不需要显式使用，在访问一个表的时候会被自动加上。MDL 的作用是防止DDL和DML并发的冲突，保证读写的正确性。在 MySQL 5.5 版本中引入了 MDL，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，因此你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。因此，如果有两个线程要同时给一个表加字段，其中一个要等另一个执行完才能开始执行。​

注意：MDL 会直到事务提交才释放，在做表结构变更的时候，你一定要小心不要导致锁住线上查询和更新。

online DDL

Online DDL的过程是这样的：

1. 拿MDL写锁
2. 降级成MDL读锁
3. 真正做DDL
4. 升级成MDL写锁
5. 释放MDL锁

1、2、4、5如果没有锁冲突，执行时间非常短。第3步占用了DDL绝大部分时间，这期间这个表可以正常读写数据，是因此称为“online ”

行锁

锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低，并发度最高。会发生在InnoDB 存储引擎。

S or X (共享锁、排他锁)

数据的操作其实只有两种，也就是读和写，而数据库在实现锁时，也会对这两种操作使用不同的锁；InnoDB 实现了标准的行级锁，也就是共享锁（Shared Lock）和排他锁（Exclusive Lock）。

• 共享锁（S）：多个事务可以一起读，共享锁之间不互斥，共享锁会阻塞排它锁，可以通过 lock in share mode 语句显示使用共享锁。
• 排他锁（X）：允许获得排他锁的事务更新数据，阻止其他事务取得相同数据集的共享锁和排他锁。对于 UPDATE、DELETE 和 INSERT 语句，InnoDB 会自动给涉及的数据集加排他锁，或者使用 select * for update 显示使用排他锁。
  • 只有在自动提交被禁用时，FOR UPDATE才可以锁定行，若开启自动提交，则匹配的行不会被锁定。
  • 拿不到锁的事务会一直阻塞到拿到锁或者锁超时为止，可以通过set [global|session] innodb_lock_wait_timeout = 10;来设置锁超时时间。

InnoDB 行锁

InnoDB 行锁是通过对索引数据页上的记录（record）加锁实现的，所以InnoDB只有在通过索引条件检索数据时使用行级锁，否则使用表锁。
主要实现算法有 3 种：Record Lock、Gap Lock 和 Next-key Lock。

• Record Lock 锁： 单个行记录的锁（锁数据，不锁 Gap）。
• Gap Lock 锁： 间隙锁，锁定一个范围，不包括记录本身（不锁数据，仅仅锁数据前面的Gap）。
• Next-key Lock 锁： 同时锁住数据，并且锁住数据前面的 Gap（为了解决幻读问题）。

比如当你执行 select * from t where d=5 for update 的时候，就不止是给数据库中已有的记录加上了行锁，还同时记录之间加了间隙锁。这样就确保了无法再插入新的记录。
也就是说这时候，在一行行扫描的过程中，不仅将给行加上了行锁，还给行两边的空隙，也加上了间隙锁。

Next-key Lock 锁

当我们用范围条件而不是相等条件检索数据，并请求共享或排他锁时，InnoDB会给符合条件的已有数据记录的索引项加锁；对于键值在条件范围内但并不存在的记录，叫做“间隙（GAP)”，InnoDB也会对这个“间隙”加锁，这种锁机制就是所谓的间隙锁。需要注意的是，每个间隙锁都是前开后开区间。

跟间隙锁存在冲突关系的，是“往这个间隙中插入一个记录”这个操作，也即给相同区间加间隙锁的时候是不冲突的。间隙锁引入，帮我们解决了幻读的问题，但同时也带来了一些“困扰”。当互相持有想插入记录的间隙锁时，会发生死锁。并且间隙锁可能会导致同样的语句锁住更大的范围，这其实是影响了并发度的。

加锁规则里面，包含了两个“原则”、两个“优化”和一个“bug”：

• 原则1：加锁的基本单位是 next-key lock。希望你还记得，next-key lock是前开后闭区间。
• 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。
• 一个bug：唯一索引上的范围查询会访问到不满足条件的第一个值为止。

页级锁

开销和加锁时间界于表锁和行锁之间；会出现死锁；锁定粒度界于表锁和行锁之间，并发度一般。会发生在：BDB 存储引擎。

死锁

死锁产生的四个条件是什么呢？

• 互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用；
• 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放；
• 不剥夺条件：进程已获得的资源，在没使用完之前，不能强行剥夺；
• 循环等待条件：多个进程之间形成的一种互相循环等待资源的关系。

如何避免死锁的产生呢？这里给出一些建议：

• 加锁顺序一致（把最可能造成锁冲突、最可能影响并发度的锁尽量往后放）；
• 尽量基于 primary 或 unique key 更新数据；
• 单次操作数据量不宜过多，涉及表尽量少；
• 减少表上索引，减少锁定资源。

两阶段锁（Two-Pahse Locking – 2PL）

两阶段锁协议规定所有的事务应遵守的规则：

1. 在对任何数据进行读写操作之前，首先要申请并获得对该数据的封锁
2. 在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得其它任何封锁

即事务的执行分为两个阶段：

1. 第一阶段是获取封锁的阶段，称为扩展阶段
2. 第二阶段是释放封锁的阶段，称为收缩阶段

首先，两阶段锁强调的是“加锁（增长阶段，growing phase）和解锁（缩减阶段，shrinking phase）这两项操作，且每项操作各自为一个阶段，这就是说不管同一个事务内需要在多少个数据项上加锁，那么所有的加锁操作都只能在同一个阶段完成，在这个阶段内，不允许对对已经加锁的数据项进行解锁操作，即加锁和解锁操作不能交叉执行（同一个事务内）。这一条是说在同一个事务内部的事情。 在InnoDB事务中，行锁在需要的时候才加上，但是并不是不需要了就立马释放，而是要等到事务结束才会释放。

MVCC（多版本控制）

通过乐观锁的方式来解决不可重复读和幻读问题，实际上 MVCC 机制它可以在大多数情况下替代行级锁，降低系统的开销。

注意：MVCC 只在 Read Commited（读已提交） 和 Repeatable Read（可重复读） 两种隔离级别下工作。

MVCC 的英文全称是 Multiversion Concurrency Control，中文翻译过来就是多版本并发控制技术。 从名字中也能看出来，MVCC 是通过数据行的多个版本管理来实现数据库的并发控制，简单来说它的思想就是保存数据的历史版本。这样我们就可以通过比较版本号决定数据是否显示出来。
通过 MVCC 我们可以解决以下几个问题：

1. 读写之间阻塞的问题，通过 MVCC 可以让读写互相不阻塞，即读不阻塞写，写不阻塞读，这样就可以提升事务并发处理能力。
2. 降低了死锁的概率。这是因为 MVCC 采用了乐观锁的方式，读取数据时并不需要加锁，对于写操作，也只锁定必要的行。
3. 解决一致性读的问题。一致性读也被称为快照读，当我们查询数据库在某个时间点的快照时，只能看到这个时间点之前事务提交更新的结果，而不能看到这个时间点之后事务提交的更新结果。

什么是幻读？

在可重复读隔离级别下，普通的查询是快照读，是不会看到别的事务插入的数据的。因此，幻读在“当前读”下才会出现。

在两次并发的会话中，session B 的修改结果，被 session A 之后的 select 语句用“当前读”看到，不能称为幻读。幻读仅专指“新插入的行”。

快照读与当前读

在 MVCC 并发控制中，读操作可以分为两类：快照读（Snapshot Read）与当前读 （Current Read）。其中LBCC解决的是当前读情况下的幻读，MVCC解决的是普通读（快照读）的幻读。

快照读

简单的 select 操作，读取的是记录的可见版本（有可能是历史版本），不用加锁。

当前读

特殊的读操作，插入/更新/删除操作，读取的是记录的最新版本，并且当前读返回的记录，都会加锁，保证其他事务不会再并发修改这条记录。