高性能Mysql-并发控制(读写锁)

本文涉及的产品
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
云数据库 RDS PostgreSQL,高可用系列 2核4GB
RDS MySQL Serverless 高可用系列,价值2615元额度,1个月
简介: 高性能Mysql-并发控制(读写锁)

高性能Mysql 读书 笔记总结

Mysql特性:

  • 可以嵌入到应用程序中
  • 可以支持数据仓库
  • 支持内容索引和部署软件 等
  • 存储引擎架构

要点总结:

读锁是共享的,或者说是相互不阻塞的。

写锁则是排他的,也就是说一个写锁会阻塞其他的写锁和读锁,这是出于安全策略的考虑,只有这样,才能确保在给定的时间里,只有一个用户能执行写入,并防止其他用户读取正在写入的同一资源。

MySQL的并发控制主要包括以下几种技术:

  1. :MySQL提供了多种锁机制,包括共享锁和排他锁,用于控制对数据的并发访问。其中共享锁允许多个事务同时读取同一份数据,而排他锁则只允许一个事务修改数据。
  2. MVCC:MySQL通过多版本并发控制(MVCC)来避免读写冲突。MVCC机制为每个事务创建一个快照视图,保证了事务读取到的是一致的数据版本。
  3. 事务隔离级别:MySQL提供了四种事务隔离级别(读未提交、读已提交、可重复读、串行化),用于控制事务之间的隔离性。不同的隔离级别会对并发性能和数据一致性产生不同的影响。
  4. 死锁检测:MySQL在检测到死锁时,会主动中断一个事务,使其他事务可以继续执行。
  5. 乐观并发控制:MySQL也支持乐观锁机制,主要通过版本号或时间戳来实现数据版本的控制,以避免写冲突。

1并发控制

原文章节:

无论何时,只要有多个查询需要在同一时刻修改数据,都会产生并发控制的问题。本章的目的是讨论MySQL在两个层面的并发控制:服务器层与存储引擎层。并发控制是一个内容庞大的话题,有大量的理论文献对其进行过详细的论述。本章只简要地讨论MySQL如何控制并发读写,因此读者需要有相关的知识来理解本章接下来的内容。

以Unix系统的email box为例,典型的mbox文件格式是非常简单的。一个mbox邮箱中的所有邮件都串行在一起,彼此首尾相连。这种格式对于读取和分析邮件信息非常友好,同时投递邮件也很容易,只要在文件末尾附加新的邮件内容即可。

但如果两个进程在同一时刻对同一个邮箱投递邮件,会发生什么情况?显然,邮箱的数据会被破坏,两封邮件的内容会交叉地附加在邮箱文件的末尾。设计良好的邮箱投递系统会通过锁(lock)来防止数据损坏。如果客户试图投递邮件,而邮箱已经被其他客户锁住,那就必须等待,直到锁释放才能进行投递。

这种锁的方案在实际应用环境中虽然工作良好,但并不支持并发处理。因为在任意一个时刻,只有一个进程可以修改邮箱的数据,这在大容量的邮箱系统中是个问题。

1.1读写锁

原文章节:

从邮箱中读取数据没有这样的麻烦,即使同一时刻多个用户并发读取也不会有什么问题。因为读取不会修改数据,所以不会出错。但如果某个客户正在读取邮箱,同时另外一个用户试图删除编号为25的邮件,会产生什么结果?结论是不确定,读的客户可能会报错退出,也可能读取到不一致的邮箱数据。所以,为安全起见,即使是读取邮箱也需要特别注意。

如果把上述的邮箱当成数据库中的一张表,把邮件当成表中的一行记录,就很容易看出,同样的问题依然存在。从很多方面来说,邮箱就是一张简单的数据库表。修改数据库表中的记录,和删除或者修改邮箱中的邮件信息,十分类似。

解决这类经典问题的方法就是并发控制,其实非常简单。在处理并发读或者写时,可以通过实现一个由两种类型的锁组成的锁系统来解决问题。这两种类型的锁通常被称为共享锁(shared lock)和排他锁(exclusive lock),也叫读锁(read lock)和写锁(writelock)。

这里先不讨论锁的具体实现,描述一下锁的概念如下﹔读锁是共享的,或者说是相互不阻塞的。多个客户在同一时刻可以同时读取同一个资源,而互不干扰。写锁则是排他的,也就是说一个写锁会阻塞其他的写锁和读锁,这是出于安全策略的考虑,只有这样,才能确保在给定的时间里,只有一个用户能执行写入,并防止其他用户读取正在写入的同一资源。

在实际的数据库系统中,每时每刻都在发生锁定,当某个用户在修改某一部分数据时,MySQL会通过锁定防止其他用户读取同一数据。大多数时候,MySQL锁的内部管理都是透明的。

1.2锁粒度

原文章节:

一种提高共享资源并发性的方式就是让锁定对象更有选择性。尽量只锁定需要修改的部分数据,而不是所有的资源。更理想的方式是,只对会修改的数据片进行精确的锁定。任何时候,在给定的资源上,锁定的数据量越少,则系统的并发程度越高,只要相互之间不发生冲突即可。

问题是加锁也需要消耗资源。锁的各种操作,包括获得锁、检查锁是否已经解除、释放锁等,都会增加系统的开销。如果系统花费大量的时间来管理锁,而不是存取数据,那么系统的性能可能会因此受到影响。

所谓的锁策略,就是在锁的开销和数据的安全性之间寻求平衡,这种平衡当然也会影响到性能。大多数商业数据库系统没有提供更多的选择,一般都是在表上施加行级锁(row-level lock),并以各种复杂的方式来实现,以便在锁比较多的情况下尽可能地提供更好的性能。

而MySQL则提供了多种选择。每种MySQL存储引擎都可以实现自己的锁策略和锁粒度。在存储引擎的设计中,锁管理是个非常重要的决定。将锁粒度固定在某个级别,可以为某些特定的应用场景提供更好的性能,但同时却会失去对另外一些应用场景的良好支持。好在MySQL支持多个存储引擎的架构,所以不需要单一的通用解决方案。下面将介绍两种最重要的锁策略。

表锁(table lock)

表锁是MySQL中最基本的锁策略,并且是开销最小的策略。表锁非常类似于前文描述的邮箱加锁机制﹔它会锁定整张表。一个用户在对表进行写操作(插入、删除、更新等)前,需要先获得写锁,这会阻塞其他用户对该表的所有读写操作。只有没有写锁时,其他读取的用户才能获得读锁,读锁之间是不相互阻塞的。

在特定的场景中,表锁也可能有良好的性能。例如,READ LOCAL表锁支持某些类型的并发写操作。另外,写锁也比读锁有更高的优先级,因此一个写锁请求可能会被插入到读锁队列的前面(写锁可以插入到锁队列中读锁的前面,反之读锁则不能插入到写锁的前面)。

尽管存储引擎可以管理自己的锁,MySQL本身还是会使用各种有效的表锁来实现不同的目的。例如,服务器会为诸如ALTER TABLE之类的语句使用表锁,而忽略存储引擎的锁机制。

行级锁(row lock)

行级锁可以最大程度地支持并发处理(同时也带来了最大的锁开销)。众所周知,在InnoDB和XtraDB,以及其他一些存储引擎中实现了行级锁。行级锁只在存储引擎层实现,而MySQL服务器层(如有必要,请回顾前文的逻辑架构图)没有实现。服务器层完全不了解存储引擎中的锁实现。在本章的后续内容以及全书中,所有的存储引擎都以自己的方式显现了锁机制。

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