数据库的锁机制

数据库的锁机制

前言在上一篇文章《数据库的事务&事务的ACID特性&四种隔离级别》中说过，根据所使用的存储引擎的不同，对应表具有不同的存储机制、索引技巧以及锁机制等。所以，我们要知道，不同存储引擎的锁机制是不一样的，讨论数据库的锁机制之前，我们首先要明确讨论的是哪种存储引擎的锁机制。如果对数据库事务的存储引擎还不清楚的读者，可以先看下上篇文章《数据库的事务&事务的ACID特性&四种隔离级别》，里面有介绍到MySQL的存储引擎，可以先了解一下。
一、锁定义：锁是计算机协调多个进程或线程并发访问同一资源的机制。所以，锁是一种机制，是在多个事务并发访问同一资源时起协调作用的。数据库中的数据也是一种资源，当多个事务同时去修改同一条数据时，就有可能导致数据不一致的问题。因此我们需要一种机制来将事务对数据的访问顺序化，以保证数据库数据的一致性，这种机制就是锁机制。简单来说，就是事务A想要操作某数据前，必须先获得该数据对应的锁，获得锁之后事务A就可以去操作这条数据，此时如果有另一个事务B也想操作该条数据，那么它就得等待，等待事务A执行完释放掉锁，B获取到锁才能去操作该条数据。上一章节中学习了事务的ACID特性（原子性、一致性、隔离性、持久性），其中事务的隔离性就是通过锁机制来实现的。二、行锁&表锁&页锁MySQL各存储引擎的锁机制是不一样的。按照锁的粒度来说，MySQL中各存储引擎使用了三种类型的锁机制：行级锁、表级锁、页级锁。1、行级锁：开销大，加锁慢；可能出现死锁；锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低，并发度也最高；2、表级锁：开销小，加锁快；不会出现死锁（如MyISAM引擎是不会出现死锁的）；锁定粒度大，发生锁冲突的概率最高，并发度最低，可能导致超时；3、页级锁：介于行锁和表锁之间，页级锁不在本文的讨论范围；
MySQL常用的存储引擎对应的锁机制
MyISAM采用表级锁；InnoDB支持行级锁和表级锁，默认采用行级锁；BDB支持页级锁和表级锁，默认采用页级锁；（实际上在5.1版本后，MySQL就不再支持BDB存储引擎了，因为BDB被Oracle收购了，此处了解一下支持页级锁的存储引擎有BDB即可）
MySQL使用最频繁的存储引擎——InnoDB的锁机制
上面说过，InnoDB引擎既支持行锁，也支持表锁。那么什么情况会锁住某些行(行锁)，什么情况下会锁住整张表(表锁)呢？首先我们要清楚一点，InnoDB的行锁是通过给记录的索引项加锁来实现的，所以，只有将索引项作为查询条件去检索数据时，才会使用行锁，否则，InnoDB将使用表锁。显然，行锁都是基于索引的，如果一条SQL语句用不到索引查询条件是不会使用行锁的，会使用表锁。在实际开发中，一定要注意InnoDB的这一特性，如果where条件中没有索引列，就会给整个表加上锁，所有访问这个表的数据库连接都要等待，可能会导致超时。另外，因为InnoDB行锁是针对索引项加锁而不是记录，所以如果多个事务访问不同的记录，但是使用相同的索引项作为查询条件，还是会出现锁冲突的。三、共享锁&排他锁1、共享锁/读锁/S锁共享锁又称为读锁或S锁，是在进行读取操作时创建的锁，为了统一表述，后文中统一称为S锁。对于加了S锁的数据，允许其他事务并发进行读取操作，但是不允许包括自身在内的任何事务对数据进行修改操作。如，事务A对数据D加了S锁后，其他任何事务只能对数据D加S锁，不能加X锁。即允许其他事物进行读操作，但是不允许事务A在内的任何事务对数据进行修改。即"我读的时候，你也能读，但我们大家都不能写"。2、排他锁/写锁/X锁排他锁又称为写锁或X锁，是在进行写操作(增、删、改)时创建的锁，为了统一表述，后文中统一称为X锁。事务A对数据D加上X锁之后，其他事务对数据D既不能加S锁，也不能加X锁；获得排他锁的事务既能读数据，也能写数据(增、删、改)。即"我在"读写"的时候，你既不能读，也不能写"。※ 对于写操作（insert、update、delete），InnoDB会自动给涉及的数据加X锁；而对于select操作，InnoDB不会对数据加任何锁，如果需要，事务可以给select操作显式的加共享锁或排他锁。共享锁：select ... lock in share mode；在select语句后面加lock in share mode，MySQL会对查询结果中的每行都加S锁。如：select * from t_course where course_type='course_type1' lock in share mode；此时其他事务可以对锁定的数据加S锁，但不能加X锁，否则会被阻塞。排他锁：select ... for update；在select语句后面加for update，MySQL会对查询结果中的每行都加X锁。如：select * from t_course where course_type='course_type2' for update；此时其他事务既不能对锁定的数据加S锁，也不能加X锁。3、意向共享锁&意向排他锁InnoDB还有两个锁：意向共享锁（IS）：表示事务准备给数据行加共享锁，也就是说事务在给一个数据行加共享锁前必须先获得该表的IS锁。意向排他锁（IX）：类似的，表示事务准备给数据行加排他锁，也就是说事务在给一个数据行加排他锁前必须先获得该表的IX锁。意向锁是InnoDB自动加的，不需要用户干预，我们在开发中不需要额外关注。※ 以上四种锁互斥/兼容关系（√表示兼容；×表示互斥）

	S(共享锁)	IS(意向共享锁)	X(排他锁)	IX(意向排他锁)
S(共享锁)	√	√	×	×
IS(意向共享锁)	√	√	×	√
X(排他锁)	×	×	×	×
IX(意向排他锁)	×	√	×	√

说明：当一个事务请求的锁模式与当前的锁兼容时，InnoDB就将请求的锁授予该事务，反之该事务将阻塞等待。4、间隙锁当我们用"范围条件"而不是"等于条件"来查询数据，并请求S锁或X锁时，InnoDB会给符合条件的数据行加锁(实质是给记录的索引项加锁)；对于在条件范围内但表中并不存在的记录，叫做"间隙"，InnoDB也会给这部分间隙加锁，这种锁机制就是间隙锁。间隙锁的出现是为了防止幻读。例如，t_user表中有10条记录，id依次为：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，执行如下SQL：select * from t_user where id>9 for update；该SQL是一个范围检索，InnoDB不仅会对符合条件的id为10的记录加锁，也会对id大于10(这些记录并不存在)的"间隙"加锁。这样一来，就防止了其他事务插入id>10的新记录，从而防止了幻读。显然，在使用范围条件检索并锁定记录时，InnoDB这种加锁机制会阻塞符合条件范围内键值的并发插入，这往往会造成严重的锁等待。因此，在实际应用开发中，尤其是并发插入比较多的应用，我们要尽量优化业务逻辑，尽量使用相等条件来访问更新数据，避免使用范围条件。另外，InnoDB除了在通过"范围条件"加锁时使用间隙锁外，还有一个出现场景：使用"相等条件"请求给一个不存在的记录加锁，InnoDB也会使用间隙锁！ 如果作为相等条件查询的记录在数据库中存在， 那么这个时候产生的是普通行锁；如果这条记录不存在，问题就来了，数据库会扫描索引，发现这个记录不存在，然后数据库会先向左扫描，扫到第一个比给定查询参数小的值，再向右扫描到第一个比给定查询参数大的值，然后以此为界，构建一个区间， 锁住整个区间内的数据， 一个特别容易出现死锁的间隙锁诞生了。四、乐观锁&悲观锁乐观并发控制(乐观锁)和悲观并发控制(悲观锁)是并发控制主要采用的技术手段，是一种思想机制。不要把乐观锁和悲观锁狭义的理解为数据库中的概念，更不要将其与数据库提供的锁机制(行锁、表锁、共享锁、排他锁)混为一谈。1、乐观锁操作数据库时，想法很乐观，认为不会出现多事务并发导致的数据不一致问题，所以每次操作总是不加锁，而是在完成一系列的操作准备提交事务时才去判断，在提交事务之前，检查在该事务读取数据后，有没有其他事务又修改了数据，如果有其他事务修改过该数据，那么当前正在提交的事务会进行回滚。乐观锁在对数据库进行操作时不会使用任何数据库提供的锁机制，乐观锁的一般实现方式是"记录数据版本"。具体操作是为数据增加一个版本标识，在基于数据库表的版本解决方案中，一般是通过为数据库表增加一个 "version" 字段来实现，数据每更新一次，版本号+1。当读取数据时，将版本号一起读出，当我们提交更新的时候，判断对应数据的版本信息与之前读取到的版本是否一致，如果一致，则予以更新，否则说明在此过程中有其他事务更新过该数据，当前事务回滚。实现数据版本有两种方式，第一种是使用版本号，第二种是使用时间戳。像MyBatis、Hibernate等ORM框架都能够实现或者说实现了乐观锁，有兴趣可以专门去学习了解。优点：乐观锁不会产生死锁。2、悲观锁悲观锁的特点是先获取锁，再进行业务操作，在整个操作过程中保持数据处于锁定状态，要确保先获取到锁再进行业务操作才有安全感，比较悲观。悲观锁的实现，往往依靠数据库本身的锁机制，通常使用select ... for update来实现。select ... for update获取的锁会在当前事务结束时自动释放，因此必须在事务中使用。悲观锁的优点是为数据的安全性提供了保证，但缺点是有可能会发生死锁、降低了事务的并行性。要使用悲观锁，必须关闭MySQL数据库的自动提交属性（设置autocommit=0），防止操作未执行完成事务就已自动提交释放掉锁。#0.禁止事务自动提交set autocommit=0;//0.开始事务begin;//1.查询出商品信息select status from t_goods where id=1 for update;//2.根据商品信息生成订单insert into t_orders (id,goods_id) values (null,1);//3.修改商品status为2update t_goods set status=2;//4.提交事务&释放锁commit;上面的查询语句中，我们使用了select…for update的方式，这样就通过开启排他锁的方式实现了悲观锁。此时在t_goods表中，id为1的那条数据就被我们锁定了，其它的事务必须等本次事务提交之后才能执行，从而保证在操作过程中id为1的那条数据不会被其它事务修改。另外，我们在前面说过，对于InnoDB存储引擎，只有where条件中存在索引项时，才会加行级锁，否则会锁住整张表，这点在日常开发时要注意，否则很容易会锁住整张表。最后，数据库的事务和锁机制很深，涉及到的点很多，希望我们可以在以后的学习中不断深入。