mysql數(shù)據(jù)庫(kù)中鎖機(jī)制的示例分析

這篇文章主要介紹mysql數(shù)據(jù)庫(kù)中鎖機(jī)制的示例分析，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

悲觀鎖與樂(lè)觀鎖：
悲觀鎖：顧名思義，就是很悲觀，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人會(huì)修改，所以每次在拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都會(huì)上鎖，這樣別人想拿這個(gè)數(shù)據(jù)就會(huì)block直到它拿到鎖。傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)里邊就用到了很多這種鎖機(jī)制，比如行鎖，表鎖等，讀鎖，寫(xiě)鎖等，都是在做操作之前先上鎖。

樂(lè)觀鎖：顧名思義，就是很樂(lè)觀，每次去拿數(shù)據(jù)的時(shí)候都認(rèn)為別人不會(huì)修改，所以不會(huì)上鎖，但是在更新的時(shí)候會(huì)判斷一下在此期間別人有沒(méi)有去更新這個(gè)數(shù)據(jù)，可以使用版本號(hào)等機(jī)制。樂(lè)觀鎖適用于多讀的應(yīng)用類型，這樣可以提高吞吐量，像數(shù)據(jù)庫(kù)如果提供類似于write_condition機(jī)制的其實(shí)都是提供的樂(lè)觀鎖。

表級(jí)：引擎 MyISAM，直接鎖定整張表，在你鎖定期間，其它進(jìn)程無(wú)法對(duì)該表進(jìn)行寫(xiě)操作。如果你是寫(xiě)鎖，則其它進(jìn)程則讀也不允許

頁(yè)級(jí)：引擎 BDB，表級(jí)鎖速度快，但沖突多，行級(jí)沖突少，但速度慢。所以取了折衷的頁(yè)級(jí)，一次鎖定相鄰的一組記錄

行級(jí)：引擎 INNODB， 僅對(duì)指定的記錄進(jìn)行加鎖，這樣其它進(jìn)程還是可以對(duì)同一個(gè)表中的其它記錄進(jìn)行操作。

上述三種鎖的特性可大致歸納如下：
1） 表級(jí)鎖：開(kāi)銷(xiāo)小，加鎖快；不會(huì)出現(xiàn)死鎖；鎖定粒度大，發(fā)生鎖沖突的概率最高，并發(fā)度最低。
2） 頁(yè)面鎖：開(kāi)銷(xiāo)和加鎖時(shí)間界于表鎖和行鎖之間；會(huì)出現(xiàn)死鎖；鎖定粒度界于表鎖和行鎖之間，并發(fā)度一般。
3） 行級(jí)鎖：開(kāi)銷(xiāo)大，加鎖慢；會(huì)出現(xiàn)死鎖；鎖定粒度最小，發(fā)生鎖沖突的概率最低，并發(fā)度也最高。

三種鎖各有各的特點(diǎn)，若僅從鎖的角度來(lái)說(shuō)，表級(jí)鎖更適合于以查詢?yōu)橹?，只有少量按索引條件更新數(shù)據(jù)的應(yīng)用，如WEB應(yīng)用；行級(jí)鎖更適合于有大量按索引條件并發(fā)更新少量不同數(shù)據(jù)，同時(shí)又有并發(fā)查詢的應(yīng)用，如一些在線事務(wù)處理（OLTP）系統(tǒng)。  

MySQL表級(jí)鎖有兩種模式：
1、表共享讀鎖（Table Read Lock）。對(duì)MyISAM表進(jìn)行讀操作時(shí)，它不會(huì)阻塞其他用戶對(duì)同一表的讀請(qǐng)求，但會(huì)阻塞 對(duì)同一表的寫(xiě)操作；
2、表獨(dú)占寫(xiě)鎖（Table Write Lock）。對(duì)MyISAM表的寫(xiě)操作，則會(huì)阻塞其他用戶對(duì)同一表的讀和寫(xiě)操作。

MyISAM表的讀和寫(xiě)是串行的，即在進(jìn)行讀操作時(shí)不能進(jìn)行寫(xiě)操作，反之也是一樣。但在一定條件下MyISAM表也支持查詢和插入的操作的并發(fā)進(jìn)行，其機(jī)制是通過(guò)控制一個(gè)系統(tǒng)變量（concurrent_insert）來(lái)進(jìn)行的，當(dāng)其值設(shè)置為0時(shí)，不允許并發(fā)插入；當(dāng)其值設(shè)置為1時(shí)，如果MyISAM表中沒(méi)有空洞（即表中沒(méi)有被刪除的行），MyISAM允許在一個(gè)進(jìn)程讀表的同時(shí)，另一個(gè)進(jìn)程從表尾插入記錄；當(dāng)其值設(shè)置為2時(shí)，無(wú)論MyISAM表中有沒(méi)有空洞，都允許在表尾并發(fā)插入記錄。

MyISAM鎖調(diào)度是如何實(shí)現(xiàn)的呢，這也是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題。例如，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程請(qǐng)求某個(gè)MyISAM表的讀鎖，同時(shí)另一個(gè)進(jìn)程也請(qǐng)求同一表的寫(xiě)鎖，此時(shí)mysql將會(huì)如優(yōu)先處理進(jìn)程呢？通過(guò)研究表明，寫(xiě)進(jìn)程將先獲得鎖（即使讀請(qǐng)求先到鎖等待隊(duì)列）。但這也造成一個(gè)很大的缺陷，即大量的寫(xiě)操作會(huì)造成查詢操作很難獲得讀鎖，從而可能造成永遠(yuǎn)阻塞。所幸我們可以通過(guò)一些設(shè)置來(lái)調(diào)節(jié)MyISAM的調(diào)度行為。我們可通過(guò)指定參數(shù)low-priority-updates，使MyISAM默認(rèn)引擎給予讀請(qǐng)求以優(yōu)先的權(quán)利，設(shè)置其值為1（set low_priority_updates=1),使優(yōu)先級(jí)降低。

InnoDB鎖與MyISAM鎖的最大不同在于：
1、是支持事務(wù)（TRANCSACTION）。
2、是采用了行級(jí)鎖。

我們知道事務(wù)是由一組SQL語(yǔ)句組成的邏輯處理單元，其有四個(gè)屬性（簡(jiǎn)稱ACID屬性），分別為：
原子性（Atomicity）：事務(wù)是一個(gè)原子操作單元，其對(duì)數(shù)據(jù)的修改，要么全部執(zhí)行，要么全都不執(zhí)行；
一致性（Consistent）：在事務(wù)開(kāi)始和完成時(shí)，數(shù)據(jù)都必須保持一致?tīng)顟B(tài)；
隔離性（Isolation）：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供一定的隔離機(jī)制，保證事務(wù)在不受外部并發(fā)操作影響的“獨(dú)立”環(huán)境執(zhí)行；
持久性（Durable）：事務(wù)完成之后，它對(duì)于數(shù)據(jù)的修改是永久性的，即使出現(xiàn)系統(tǒng)故障也能夠保持。

并發(fā)事務(wù)處理帶來(lái)的問(wèn)題
相對(duì)于串行處理來(lái)說(shuō)，并發(fā)事務(wù)處理能大大增加數(shù)據(jù)庫(kù)資源的利用率，提高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的事務(wù)吞吐量，從而可以支持更多的用戶。但并發(fā)事務(wù)處理也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，主要包括以下幾種情況。
1、更新丟失（Lost Update）：當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)事務(wù)選擇同一行，然后基于最初選定的值更新該行時(shí)，由于每個(gè)事務(wù)都不知道其他事務(wù)的存在，就會(huì)發(fā)生丟失更新問(wèn)題－－最后的更新覆蓋了由其他事務(wù)所做的更新。例如，兩個(gè)編輯人員制作了同一文檔的電子副本。每個(gè)編輯人員獨(dú)立地更改其副本，然后保存更改后的副本，這樣就覆蓋了原始文檔。最后保存其更改副本的編輯人員覆蓋另一個(gè)編輯人員所做的更改。如果在一個(gè)編輯人員完成并提交事務(wù)之前，另一個(gè)編輯人員不能訪問(wèn)同一文件，則可避免此問(wèn)題。
2、臟讀（Dirty Reads）：一個(gè)事務(wù)正在對(duì)一條記錄做修改，在這個(gè)事務(wù)完成并提交前，這條記錄的數(shù)據(jù)就處于不一致?tīng)顟B(tài)；這時(shí)，另一個(gè)事務(wù)也來(lái)讀取同一條記錄，如果不加控制，第二個(gè)事務(wù)讀取了這些“臟”數(shù)據(jù)，并據(jù)此做進(jìn)一步的處理，就會(huì)產(chǎn)生未提交的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系。這種現(xiàn)象被形象地叫做”臟讀”。
3、不可重復(fù)讀（Non-Repeatable Reads）：一個(gè)事務(wù)在讀取某些數(shù)據(jù)后的某個(gè)時(shí)間，再次讀取以前讀過(guò)的數(shù)據(jù)，卻發(fā)現(xiàn)其讀出的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)生了改變、或某些記錄已經(jīng)被刪除了！這種現(xiàn)象就叫做“不可重復(fù)讀”。
4、幻讀（Phantom Reads）：一個(gè)事務(wù)按相同的查詢條件重新讀取以前檢索過(guò)的數(shù)據(jù)，卻發(fā)現(xiàn)其他事務(wù)插入了滿足其查詢條件的新數(shù)據(jù)，這種現(xiàn)象就稱為“幻讀”。

事務(wù)隔離級(jí)別
在上面講到的并發(fā)事務(wù)處理帶來(lái)的問(wèn)題中，“更新丟失”通常是應(yīng)該完全避免的。但防止更新丟失，并不能單靠數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)控制器來(lái)解決，需要應(yīng)用程序?qū)σ碌臄?shù)據(jù)加必要的鎖來(lái)解決，因此，防止更新丟失應(yīng)該是應(yīng)用的責(zé)任。
“臟讀”、“不可重復(fù)讀”和“幻讀”，其實(shí)都是數(shù)據(jù)庫(kù)讀一致性問(wèn)題，必須由數(shù)據(jù)庫(kù)提供一定的事務(wù)隔離機(jī)制來(lái)解決。數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)事務(wù)隔離的方式，基本上可分為以下兩種。
1、一種是在讀取數(shù)據(jù)前，對(duì)其加鎖，阻止其他事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。
2、另一種是不用加任何鎖，通過(guò)一定機(jī)制生成一個(gè)數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)間點(diǎn)的一致性數(shù)據(jù)快照（Snapshot)，并用這個(gè)快照來(lái)提供一定級(jí)別（語(yǔ)句級(jí)或事務(wù)級(jí)）的一致性讀取。從用戶的角度來(lái)看，好像是數(shù)據(jù)庫(kù)可以提供同一數(shù)據(jù)的多個(gè)版本，因此，這種技術(shù)叫做數(shù)據(jù)多版本并發(fā)控制（MultiVersion Concurrency Control，簡(jiǎn)稱MVCC或MCC），也經(jīng)常稱為多版本數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)隔離越嚴(yán)格，并發(fā)副作用越小，但付出的代價(jià)也就越大，因?yàn)槭聞?wù)隔離實(shí)質(zhì)上就是使事務(wù)在一定程度上 “串行化”進(jìn)行，這顯然與“并發(fā)”是矛盾的。同時(shí)，不同的應(yīng)用對(duì)讀一致性和事務(wù)隔離程度的要求也是不同的，比如許多應(yīng)用對(duì)“不可重復(fù)讀”和“幻讀”并不敏感，可能更關(guān)心數(shù)據(jù)并發(fā)訪問(wèn)的能力。
為了解決“隔離”與“并發(fā)”的矛盾，ISO/ANSI SQL92定義了4個(gè)事務(wù)隔離級(jí)別，每個(gè)級(jí)別的隔離程度不同，允許出現(xiàn)的副作用也不同，應(yīng)用可以根據(jù)自己的業(yè)務(wù)邏輯要求，通過(guò)選擇不同的隔離級(jí)別來(lái)平衡 “隔離”與“并發(fā)”的矛盾。表20-5很好地概括了這4個(gè)隔離級(jí)別的特性。

讀數(shù)據(jù)一致性及允許的并發(fā)副作用
隔離級(jí)別    讀數(shù)據(jù)一致性  臟讀  不可重復(fù)讀   幻讀
未提交讀（Read uncommitted）  最低級(jí)別，只能保證不讀取物理上損壞的數(shù)據(jù)    是   是   是
已提交度（Read committed）    語(yǔ)句級(jí) 否   是   是
可重復(fù)讀（Repeatable read）   事務(wù)級(jí) 否   否   是
可序列化（Serializable）  最高級(jí)別，事務(wù)級(jí)    否   否   否

最后要說(shuō)明的是：各具體數(shù)據(jù)庫(kù)并不一定完全實(shí)現(xiàn)了上述4個(gè)隔離級(jí)別，例如，Oracle只提供Read committed和Serializable兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)隔離級(jí)別，另外還提供自己定義的Read only隔離級(jí)別；SQL Server除支持上述ISO/ANSI SQL92定義的4個(gè)隔離級(jí)別外，還支持一個(gè)叫做“快照”的隔離級(jí)別，但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)它是一個(gè)用MVCC實(shí)現(xiàn)的Serializable隔離級(jí)別。MySQL支持全部4個(gè)隔離級(jí)別，但在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，有一些特點(diǎn)，比如在一些隔離級(jí)別下是采用MVCC一致性讀，但某些情況下又不是
InnoDB有兩種模式的行鎖：
1）共享鎖（S）：允許一個(gè)事務(wù)去讀一行，阻止其他事務(wù)獲得相同數(shù)據(jù)集的排他鎖。
   ( Select * from table_name where ……lock in share mode)
2）排他鎖（X）：允許獲得排他鎖的事務(wù)更新數(shù)據(jù)，阻止其他事務(wù)取得相同數(shù)據(jù)集的共享讀鎖和排他寫(xiě)鎖。(select * from table_name where…..for update)
為了允許行鎖和表鎖共存，實(shí)現(xiàn)多粒度鎖機(jī)制；同時(shí)還有兩種內(nèi)部使用的意向鎖（都是表鎖），分別為意向共享鎖和意向排他鎖。
1）意向共享鎖（IS）：事務(wù)打算給數(shù)據(jù)行加行共享鎖，事務(wù)在給一個(gè)數(shù)據(jù)行加共享鎖前必須先取得該表的IS鎖。
2）意向排他鎖（IX）：事務(wù)打算給數(shù)據(jù)行加行排他鎖，事務(wù)在給一個(gè)數(shù)據(jù)行加排他鎖前必須先取得該表的IX鎖。  
InnoDB行鎖模式兼容性列表
請(qǐng)求鎖模式
  是否兼容
當(dāng)前鎖模式   X   IX  S   IS
X   沖突  沖突  沖突  沖突
IX  沖突  兼容  沖突  兼容
S   沖突  沖突  兼容  兼容
IS  沖突  兼容  兼容  兼容
如果一個(gè)事務(wù)請(qǐng)求的鎖模式與當(dāng)前的鎖兼容，InnoDB就將請(qǐng)求的鎖授予該事務(wù)；反之，如果兩者不兼容，該事務(wù)就要等待鎖釋放。
意向鎖是InnoDB自動(dòng)加的，不需用戶干預(yù)。對(duì)于UPDATE、DELETE和INSERT語(yǔ)句，InnoDB會(huì)自動(dòng)給涉及數(shù)據(jù)集加排他鎖（X）；對(duì)于普通SELECT語(yǔ)句，InnoDB不會(huì)加任何鎖；事務(wù)可以通過(guò)以下語(yǔ)句顯示給記錄集加共享鎖或排他鎖。
1、共享鎖（S）：SELECT * FROM table_name WHERE … LOCK IN SHARE MODE。
2、排他鎖（X)：SELECT * FROM table_name WHERE … FOR UPDATE。
InnoDB行鎖是通過(guò)給索引上的索引項(xiàng)加鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)MySQL與oracle不同，后者是通過(guò)在數(shù)據(jù)塊中對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)行加鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。InnoDB這種行鎖實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)意味著：只有通過(guò)索引條件檢索數(shù)據(jù)，InnoDB才使用行級(jí)鎖，否則，InnoDB將使用表鎖！
在實(shí)際應(yīng)用中，要特別注意InnoDB行鎖的這一特性，不然的話，可能導(dǎo)致大量的鎖沖突，從而影響并發(fā)性能。  

查詢表級(jí)鎖爭(zhēng)用情況
表鎖定爭(zhēng)奪：
可以通過(guò)檢查table_locks_waited和table_locks_immediate狀態(tài)變量來(lái)分析系統(tǒng)上的表鎖定爭(zhēng)奪：

mysql> show status like ‘table%’; 
+———————–+——-+ 
| Variable_name         | Value | 
+———————–+——-+ 
| Table_locks_immediate | 2979  | 
| Table_locks_waited    | 0     | 
+———————–+——-+ 
2 rows in set (0.00 sec))

如果Table_locks_waited的值比較高，則說(shuō)明存在著較嚴(yán)重的表級(jí)鎖爭(zhēng)用情況。
InnoDB行鎖爭(zhēng)奪：    
可以通過(guò)檢查InnoDB_row_lock狀態(tài)變量來(lái)分析系統(tǒng)上的行鎖的爭(zhēng)奪情況：

mysql> show status like ‘innodb_row_lock%’; 
+——————————-+——-+ 
| Variable_name                 | Value | 
+——————————-+——-+ 
| InnoDB_row_lock_current_waits | 0     | 
| InnoDB_row_lock_time          | 0     | 
| InnoDB_row_lock_time_avg      | 0     | 
| InnoDB_row_lock_time_max      | 0     | 
| InnoDB_row_lock_waits         | 0     | 
+——————————-+——-+ 
5 rows in set (0.01 sec)

MyISAM寫(xiě)鎖實(shí)驗(yàn)：
對(duì)MyISAM表的讀操作，不會(huì)阻塞其他用戶對(duì)同一表的讀請(qǐng)求，但會(huì)阻塞對(duì)同一表的寫(xiě)請(qǐng)求；對(duì)MyISAM表的寫(xiě)操作，則會(huì)阻塞其他用戶對(duì)同一表的讀和寫(xiě)操作；MyISAM表的讀操作與寫(xiě)操作之間，以及寫(xiě)操作之間是串行的！根據(jù)如表20-2所示的例子可以知道，當(dāng)一個(gè)線程獲得對(duì)一個(gè)表的寫(xiě)鎖后，只有持有鎖的線程可以對(duì)表進(jìn)行更新操作。其他線程的讀、寫(xiě)操作都會(huì)等待，直到鎖被釋放為止。
USER1：

mysql> lock table film_text write;

當(dāng)前session對(duì)鎖定表的查詢、更新、插入操作都可以執(zhí)行：

mysql> select film_id,title from film_text where film_id = 1001;

USER2：

mysql> select film_id,title from film_text where film_id = 1001;

等待
USER1：
釋放鎖：

mysql> unlock tables;

USER2：
獲得鎖，查詢返回：
InnoDB存儲(chǔ)引擎的共享鎖實(shí)驗(yàn)

USER1： 
mysql> set autocommit = 0; 
USER2： 
mysql> set autocommit = 0;

USER1：
當(dāng)前session對(duì)actor_id=178的記錄加share mode 的共享鎖：

mysql> select actor_id,first_name,last_name from actor where actor_id = 178lock in share mode;

USER2：
其他session仍然可以查詢記錄，并也可以對(duì)該記錄加share mode的共享鎖：

mysql> select actor_id,first_name,last_name from actor where actor_id = 178lock in share mode;

USER1：
當(dāng)前session對(duì)鎖定的記錄進(jìn)行更新操作，等待鎖：

mysql> update actor set last_name = ‘MONROE T’ where actor_id = 178;

等待
USER2：
其他session也對(duì)該記錄進(jìn)行更新操作，則會(huì)導(dǎo)致死鎖退出：

mysql> update actor set last_name = ‘MONROE T’ where actor_id = 178;

ERROR 1213 (40001): Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction
USER1：
獲得鎖后，可以成功更新：

mysql> update actor set last_name = ‘MONROE T’ where actor_id = 178; 
Query OK, 1 row affected (17.67 sec) 
Rows matched: 1  Changed: 1  Warnings: 0

InnoDB存儲(chǔ)引擎的排他鎖例子

USER1： 
mysql> set autocommit = 0; 
USER2： 
mysql> set autocommit = 0;

USER1：
當(dāng)前session對(duì)actor_id=178的記錄加for update的排它鎖：

mysql> select actor_id,first_name,last_name from actor where actor_id = 178 for update;

USER2：
其他session可以查詢?cè)撚涗?，但是不能?duì)該記錄加共享鎖，會(huì)等待獲得鎖：

mysql> select actor_id,first_name,last_name from actor where actor_id = 178;

USER1：
當(dāng)前session可以對(duì)鎖定的記錄進(jìn)行更新操作，更新后釋放鎖：

mysql> update actor set last_name = ‘MONROE T’ where actor_id = 178;

USER2：
其他session獲得鎖，得到其他session提交的記錄：

mysql> select actor_id,first_name,last_name from actor where actor_id = 178 for update;

更新性能優(yōu)化的幾個(gè)重要參數(shù)
bulk_insert_buffer_size
批量插入緩存大小,這個(gè)參數(shù)是針對(duì)MyISAM存儲(chǔ)引擎來(lái)說(shuō)的.適用于在一次性插入100-1000+條記錄時(shí),提高效率.默認(rèn)值是8M.可以針對(duì)數(shù)據(jù)量的大小,翻倍增加.
concurrent_insert
并發(fā)插入,當(dāng)表沒(méi)有空洞(刪除過(guò)記錄),在某進(jìn)程獲取讀鎖的情況下,其他進(jìn)程可以在表尾部進(jìn)行插入.
值可以設(shè)0不允許并發(fā)插入, 1當(dāng)表沒(méi)有空洞時(shí),執(zhí)行并發(fā)插入, 2不管是否有空洞都執(zhí)行并發(fā)插入.
默認(rèn)是1針對(duì)表的刪除頻率來(lái)設(shè)置.
delay_key_write
針對(duì)MyISAM存儲(chǔ)引擎,延遲更新索引.意思是說(shuō),update記錄時(shí),先將數(shù)據(jù)up到磁盤(pán),但不up索引,將索引存在內(nèi)存里,當(dāng)表關(guān)閉時(shí),將內(nèi)存索引,寫(xiě)到磁盤(pán).值為 0不開(kāi)啟, 1開(kāi)啟.默認(rèn)開(kāi)啟.
delayed_insert_limit, delayed_insert_timeout, delayed_queue_size
延遲插入,將數(shù)據(jù)先交給內(nèi)存隊(duì)列,然后慢慢地插入.但是這些配置,不是所有的存儲(chǔ)引擎都支持,目前來(lái)看,常用的InnoDB不支持, MyISAM支持.根據(jù)實(shí)際情況調(diào)大,一般默認(rèn)夠用了。

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