SQL进阶理论篇（十）：数据库中的锁
文章目录
- 简介
- 按照锁的粒度进行划分
- 从数据库管理的角度进行划分
- 从程序员的角度进行划分
- 为什么共享锁会发生死锁？
- 参考文献
简介
索引和锁，是数据库中的两个核心知识点。
索引的相关知识点，在之前的几章里我们已经介绍的差不多了。接下来我们会重点讲解一下锁的相关知识。
事务的隔离级别，在底层就是通过锁来实现的。而加锁的目的，就是为了保证数据的一致性。
本节我们将重点描述以下几个问题：
- 锁有哪些划分方式？
- 为什么共享锁会发生死锁？
- 乐观锁和悲观锁的思想是什么？乐观锁有哪两种实现方式？
- 多个事务并发，发生死锁时该如何解决？如何降低死锁发生的概率？
按照锁的粒度进行划分
锁是用来对数据进行锁定的。我们可以根据被锁定对象的粒度大小来对锁进行划分，即：行锁、页锁和表锁。
行锁，按照行粒度对数据进行锁定。由于锁定力度小，所以发生锁冲突的概率低，理论上可以实现的并发度很高。但是按行加锁，对资源的消耗太大了，而且加锁也比较慢，容易出现死锁现象。
页锁，就是在页的粒度上对数据进行锁定。因为一个页上可以有很多数据行，所以在使用页锁的时候，很容易会出现数据浪费的情况（即使只是想锁小部分数据，也得锁上一整页），但是这种浪费有限，顶多就是浪费个几页。页锁的开销介于行锁和表锁之间，会出现死锁，并发度一般。
表锁，就是对数据表进行锁定。其锁定粒度很大，出现锁冲突的概率也很高，对并发的影响较大。好处是加锁的开销小，加锁很快。
以上三类锁是数据库中相对常见的三种锁，除此之外其实还有区锁和数据库锁，分别针对区和数据库的粒度。
不同的数据库或者不同的引擎支持的锁粒度并不相通。以MySQL为例，InnoDB支持行锁和表锁，但MyISAM只支持表锁，BDB引擎则支持页锁和表锁。Oracle支持行锁和表锁，SQLServer同时支持行锁、页锁和表锁。教程里整理的图如下：
需要注意，在实际使用中，每个层级的锁数量是有限的，因为锁会占用内存空间，所以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。所谓的锁升级，就是将多个细粒度的锁升级成一个更大粒度的锁。比如说在InnoDB中，将多个行锁换成一个表锁，从而减少锁空间的内存占用，当然，代价是并行度降低了。
从数据库管理的角度进行划分
从数据库管理的角度来划分的话，就是我们经常会见到的两种锁：共享锁和排它锁。
共享锁，也叫做读锁或者S锁。共享锁锁定的数据可以被其他事务读取，但是不能修改。
在进行select的时候，就会把对象进行共享锁锁定，待到数据读取完毕后，才释放共享锁。这样子可以保证数据在读取时不会被修改。
我们也可以手动给某个对象加锁。
比如说给一个表加共享锁，可以使用：
LOCK TABLE product_comment READ;
这时候这张表就是只读模式了，如果此时再执行update语句，会提示：
ERROR 1099 (HY000): Table 'product_comment' was locked with a READ lock and can't be updated
解锁的话，可以使用：
UNLOCK TABLE product_comment;
如果是想给某一行加上共享锁，则可以写成这样：
SELECT comment_id, product_id, comment_text, user_id FROM product_comment WHERE user_id = 912178 LOCK IN SHARE MODE
排它锁，也叫做独占锁、写锁或者X锁。其锁定的数据只允许进行锁定的事务使用，其他事务无法对已锁定的数据进行读取或者修改。
比如给一个表添加排它锁，可以这么写：
lock table product_comment write;
此时，其他事务就不能在这张表上读或者更新了，有兴趣可以开两个MySQL客户端试一下。
释放锁的话，则是执行：
unlock table;
同样的，想在某个数据行上添加排它锁，可以写成这样：
SELECT comment_id, product_id, comment_text, user_id FROM product_comment WHERE user_id = 912178 FOR UPDATE;
当我们在对数据进行更新的时候，就是insert、delete或者update的时候，数据库就会自动使用排它锁，避免其他事务对该数据资源进行操作。
当我们想要获取某个数据表的排它锁的时候，需要先看下这张表里有没有已经上了排它锁。如果这个数据表中的某个数据行被上了行锁，我们就无法获取排它锁。这时候就引出来意向锁。
意向锁（Intent Lock），就是给更大一级的空间示意里面是否已经上过锁。在实际场景中，如果我们给某个数据行加上了排它锁，那么数据库会自动给更大一级的空间（比如说数据页或者数据表）加上一个意向锁，用来告知其它事务，这个数据页或数据表里已经有人上过排它锁了。其他事务再不需要一行一行去查看到底这个表里有没有锁。
于是，如果事务想要获取某些记录的共享锁，那么就会给整个表添加 意向共享锁 。同理，如果事务想要获取某些记录的排它锁，就会给整个表添加 意向排它锁。意向锁会告诉其他事务，有人已经锁定了部分记录，你无权进行某些全表扫描的操作了。
从程序员的角度进行划分
从程序员的角度来看待锁的话，可以把锁分为乐观锁和悲观锁。这两种锁实际上是两种不同的看待数据并发的思维方式，它们并不是锁。这个简单了解下就行。
乐观锁（Optimistic Locking），认为对同一数据的并发操作是属于小概率事件，可以忽略，因此不用每次都对数据进行加锁，也就是不采用数据库自身的锁机制，而是通过程序，采用版本号机制或者时间戳机制来实现。
什么是版本号机制呢？
就是在表里增加一个version字段，事务里第一次读的时候会先获取version字段的取值，接下来如果需要对数据做update，则会执行UPDATE ... SET version=version+1 WHERE version=刚刚的version取值。如果没有其他事务对这条数据做过修改，那么本次update就成功了，反之，本次update失败（因为version已经被其他事务修改过了，你保存的这个version值已经找不到数据了）。
什么是时间戳机制呢？
跟版本号一样，只不过添加的是一个时间戳字段，更新的时候判断时间戳字段跟之前读到的是不是一样，一样就成功更新，否则就失败。
所以乐观锁实际上就是程序员自己控制数据并发操作的权限，自行判断数据是否被并发修改过。
悲观锁（Pessimistic Locking），也是一种思想，对数据会被并发修改持保守态度，指代的是通过数据库本身的锁机制来保证数据一致性。
与行锁、共享锁等的关系如图：
乐观锁和悲观锁的适用场景：
- 乐观锁适合读操作多的场景，相对的写操作很少。其优点是不存在死锁问题。但是要完全排掉相关的数据库操作。
- 悲观锁则适合写操作多的场景。因为写操作的排它性，可以有效防止读写和写写的冲突。
为什么共享锁会发生死锁？
简单的说一个场景，就是事务A和B都对指定数据行进行了select查询，从而分别获取了对指定数据行的读锁，接着不提交事务，都各自对这条数据进行update。
对事务A来讲，其update会因为事务B持有读锁而失败，然后它会提示超时，重新执行事务。
而对事务B来讲，其update则会因为事务B持有读锁而失败，同样提示超时，重新执行事务。两边这就陷进死循环了，死锁发生。
当死锁发生的时候，只能让其它事务进行回滚，指定一个事务获取锁完成事务，然后将锁释放掉，再换下一个事务。
可以采取什么方式避免死锁的发生呢？
- 如果事务涉及多个表，各部分操作比较复杂，那么可以考虑一次性锁定所有资源，而不是逐步获取。比如说MyISAM引擎就是这样，总是一次性获取全部的锁，要么全部满足可以执行，要不就全部等待；
- 如果需要更新表中大部分数据，可以考虑使用表锁来代替行锁，即使用锁升级；
避免死锁，其实就是破坏产生死锁的四个必要条件：
- 互斥条件：同一时刻，资源只能被一个对象使用；
- 占有且等待条件：对象占有资源，同时在等待被其他对象占有的资源；
- 不可剥夺条件：已经分配的锁不能强制剥离，只能有持有该锁的事务主动释放；
- 循环等待条件：对象A占有对象B需要的资源，对象B占有对象A需要的资源。
以上条件必须同时具备，才能产生死锁。这个了解下就行。
参考文献
- 30丨锁：悲观锁和乐观锁是什么？