MySQL --- 锁机制

锁是计算机协调多个进程或线程并发访问某一资源的机制。数据库锁设计的初衷是处理并发问题。作为多用户共享的资源，当出现并发访问的时候，数据库需要合理地控制资源的访问规则。而锁就是用来实现这些访问规则的重要数据结构。

在数据库中，除传统的计算资源（如CPU、RAM、I/O等）的争用以外，数据也是一种供许多用户共享的资源。数据库锁定机制简单来说，就是为了保证数据的一致性，而使各种共享资源在被并发访问变得有序所设计的一种规则。

打个比方，我们到淘宝上买一件商品，商品只有一件库存，这个时候如果还有另一个人买，那么如何解决是你买到还是另一个人买到的问题？这里肯定要用到事物，我们先从库存表中取出物品数量，然后插入订单，付款后插入付款表信息，然后更新商品数量。在这个过程中，使用锁可以对有限的资源进行保护，解决隔离和并发的矛盾。

MySQL 中有哪几种锁，列举一下？

从对数据的操作类型分类：

• 读锁（共享锁）：针对同一份数据，多个读操作可以同时进行，不会互相影响
  
• 写锁（排他锁）：当前写操作没有完成，会阻断其他写锁和读锁

从对数据的操作粒度分类：

为了平衡数据库系统在高并发响应（每次锁定的数据范围越小越好）和系统响应（管理锁耗费系统资源，如获取、检查与释放锁等），出现锁粒度的概念。

• 全局锁：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（MyISAM 和 MEMORY 存储引擎采用的是表级锁）；
  ps：另一类表级的锁是 MDL（meta data lock)。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，保证读写的正确性。因此，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。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。
  
• 行级锁：开销大，加锁慢；会出现死锁；锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低，并发度也最高（InnoDB 存储引擎既支持行级锁也支持表级锁，但默认情况下是采用行级锁）；
  
• 页面锁：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。（BDB 存储引擎支持页面锁）
  

适用：从锁的角度来说，表级锁更适合于以查询为主，只有少量按索引条件更新数据的应用，如Web应用；而行级锁则更适合于有大量按索引条件并发更新少量不同数据，同时又有并发查询的应用，如一些在线事务处理（OLTP）系统。

数据库的乐观锁和悲观锁？

乐观锁和悲观锁是两种并发控制的思想，可用于解决丢失更新问题。

乐观锁会“乐观地”假定大概率不会发生并发更新冲突，访问、处理数据过程中不加锁，只在更新数据时根据版本号或时间戳判断是否有冲突，有则处理，无则提交事务。用数据版本（Version）记录机制实现，这是乐观锁最常用的一种实现方式

悲观锁会“悲观地”假定大概率会发生并发更新冲突，访问、处理数据前就加排他锁，在整个数据处理过程中锁定数据，事务提交或回滚后才释放锁。另外与乐观锁相对应的，悲观锁是由数据库自己实现了的，要用的时候，我们直接调用数据库的相关语句就可以了。

MySQL中InnoDB引擎的行锁是怎么实现的？InnoDB有哪些行锁的算法？

MySQL 的行锁是在引擎层由各个引擎自己实现的。但并不是所有的引擎都支持行锁，比如 MyISAM 引擎就不支持行锁。不支持行锁意味着并发控制只能使用表锁，对于这种引擎的表，同一张表上任何时刻只能有一个更新在执行，这就会影响到业务并发度。InnoDB 是支持行锁的，这也是 MyISAM 被 InnoDB 替代的重要原因之一。

ps：在 InnoDB 事务中，行锁是在需要的时候才加上的，但并不是不需要了就立刻释放，而是要等到事务结束时才释放，这个就是两阶段锁协议。基于这个协议，如果你的事务中需要锁多个行，要把最可能造成锁冲突、最可能影响并发度的锁尽量往后放。

InnoDB 实现了以下两种类型的行锁：

• 共享锁（S）：允许一个事务去读一行，阻止其他事务获得相同数据集的排他锁。
  
• 排他锁（X）：允许获得其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读锁和排他写锁。
  

为了允许行锁和表锁共存，实现多粒度锁机制，InnoDB 还有两种内部使用的意向锁（IntentionLocks），这两种意向锁都是表锁：

• 意向共享锁（IS）：事务打算给数据行加行共享锁，事务在给一个数据行加共享锁前必须先取得该表的 IS 锁。
  
• 意向排他锁（IX）：事务打算给数据行加行排他锁，事务在给一个数据行加排他锁前必须先取得该表的 IX 锁。
  

索引失效会导致行锁变表锁。比如 vchar 查询不写单引号的情况。

InnoDB有三种行锁的算法（对指定索引项加锁）：

• 记录锁(Record Locks)： 单个行记录上的锁。对索引项加锁，锁定符合条件的行。其他事务不能修改和删除加锁项；

# 在 id=1 的记录上加上记录锁，以阻止其他事务插入，更新，删除 id=1 这一行
SELECT * FROM table WHERE id = 1 FOR UPDATE;
# 通过 主键索引 与 唯一索引 对数据行进行 UPDATE 操作时，也会对该行数据加记录锁(id列作为主键列或者唯一索引列)
UPDATE SET age = 50 WHERE id = 1;

• 间隙锁（Gap Locks）： 当我们使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”。InnoDB 也会对这个“间隙”加锁，这种锁机制就是所谓的间隙锁，GAP锁。
  对索引项之间的“间隙”加锁，锁定记录的范围（对第一条记录前的间隙或最后一条将记录后的间隙加锁），不包含索引项本身。其他事务不能在锁范围内插入数据，这样就防止了别的事务新增幻影行(同一事务的两次读不同)。
  间隙锁基于非唯一索引，它锁定一段范围内的索引记录。间隙锁基于下面将会提到的 Next-KeyLocking 算法，请务必牢记：使用间隙锁锁住的是一个区间，而不仅仅是这个区间中的每一条数据。
  

# 即所有在 （1，10） 区间内的记录行都会被锁住，所有id 为 2、3、4、5、6、7、8、9 的数据行的插入会被阻塞（锁住整个区间）
# 但是 1 和 10 两条记录行并不会被锁住。
SELECT * FROM table WHERE id BETWEN 1 AND 10 FOR UPDATE;

• 临键锁(Next-key Locks)： 是记录锁与间隙锁的组合，它的封锁范围，既包含索引记录，又包含索引区间。(临键锁的主要目的也是为了避免幻读(Phantom Read)。如果把事务的隔离级别降级为RC，临键锁则也会失效。)
  Next-Key 可以理解为一种特殊的间隙锁，也可以理解为一种特殊的算法。通过临建锁可以解决幻读的问题。 每个数据行上的非唯一索引列上都会存在一把临键锁，当某个事务持有该数据行的临键锁时，会锁住一段左开右闭区间的数据。需要强调的一点是InnoDB 中行级锁是基于索引实现的，临键锁只与非唯一索引列有关，在唯一索引列（包括主键列）上不存在临键锁。
  对于行的查询，都是采用该方法，主要目的是解决幻读的问题。

MySQL 遇到过死锁问题吗，你是如何解决的？

死锁产生：

• 死锁是指两个或多个事务在同一资源上相互占用，并请求锁定对方占用的资源，从而导致恶性循环
  
• 当事务试图以不同的顺序锁定资源时，就可能产生死锁。多个事务同时锁定同一个资源时也可能会产生死锁
  
• 锁的行为和顺序和存储引擎相关。以同样的顺序执行语句，有些存储引擎会产生死锁有些不会。死锁有双重原因：真正的数据冲突；存储引擎的实现方式。
  

检测死锁：数据库系统实现了各种死锁检测和死锁超时的机制。InnoDB存储引擎能检测到死锁的循环依赖并立即返回一个错误。

（1）主动恢复策略（推荐）：死锁发生以后，只有部分或完全回滚其中一个事务，才能打破死锁，InnoDB目前处理死锁的方法是，将持有最少行级排他锁的事务进行回滚。参数 innodb_deadlock_detect 设置为 on（默认），表示开启这个逻辑。所以事务型应用程序在设计时必须考虑如何处理死锁，多数情况下只需要重新执行因死锁回滚的事务即可。

（2）外部锁的死锁检测，被动恢复策略：发生死锁后，InnoDB 一般都能自动检测到，并使一个事务释放锁并回退，另一个事务获得锁，继续完成事务。但在涉及外部锁，或涉及表锁的情况下，InnoDB 并不能完全自动检测到死锁， 需要设置锁等待超时参数innodb_lock_wait_timeout 来解决，默认50s，对在线服务不可接受。

死锁影响性能：死锁检测要耗费大量的 CPU 资源。死锁会影响性能而不是会产生严重错误，因为InnoDB会自动检测死锁状况并回滚其中一个受影响的事务。在高并发系统上，当许多线程等待同一个锁时，死锁检测可能导致速度变慢。

• 有时当发生死锁时，禁用死锁检测（使用innodb_deadlock_detect配置选项）可能会更有效（但是存在风险，如果出现死锁了，就回滚，然后通过业务重试一般就没问题了，这是业务无损的。而关掉死锁检测意味着可能会出现大量的超时，这是业务有损的。）
  
• 另一个思路是控制并发度。根据上面的分析，你会发现如果并发能够控制住，比如同一行同时最多只有 10 个线程在更新，那么死锁检测的成本很低，就不会出现这个问题。这个并发控制要做在数据库服务端。如果你有中间件，可以考虑在中间件实现；如果你的团队有能修改 MySQL 源码的人，也可以做在 MySQL 里面。基本思路就是，对于相同行的更新，在进入引擎之前排队。这样在 InnoDB 内部就不会有大量的死锁检测工作了。
  

MyISAM避免死锁：

• 在自动加锁的情况下，MyISAM 总是一次获得 SQL 语句所需要的全部锁，所以 MyISAM 表不会出现死锁。

InnoDB避免死锁：

• 为了在单个InnoDB表上执行多个并发写入操作时避免死锁，可以在事务开始时通过为预期要修改的每个元祖（行）使用 SELECT ... FOR UPDATE 语句来获取必要的锁，让这些行的更改语句是在之后才执行的。
  
• 在事务中，如果要更新记录，应该直接申请足够级别的锁，即排他锁，而不应先申请共享锁、更新时再申请排他锁，因为这时候当用户再申请排他锁时，其他事务可能又已经获得了相同记录的共享锁，从而造成锁冲突，甚至死锁
  
• 如果事务需要修改或锁定多个表，则应在每个事务中以相同的顺序使用加锁语句。 在应用中，如果不同的程序会并发存取多个表，应尽量约定以相同的顺序来访问表，这样可以大大降低产生死锁的机会
  
• 通过 SELECT ... LOCK IN SHARE MODE 获取行的读锁后，如果当前事务再需要对该记录进行更新操作，则很有可能造成死锁。
  
• 改变事务隔离级别

如果出现死锁，可以用 show engine innodb status; 命令来确定最后一个死锁产生的原因。返回结果中包括死锁相关事务的详细信息，如引发死锁的 SQL 语句，事务已经获得的锁，正在等待什么锁，以及被回滚的事务等。据此可以分析死锁产生的原因和改进措施。

数据库中Select_for_update的含义？（腾讯1）

MySQL中select * for update锁表的问题：记录锁

• 表级:引擎 MyISAM ， 理解为锁住整个表，可以同时读，写不行
  
• 行级:引擎 INNODB ， 单独的一行记录加锁，其他事务不能删除和修改加锁项。仅对指定的记录进行加锁，这样其它进程还是可以对同一个表中的其它记录进行操作。

以上仅供学习使用

参考鸣谢：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/29150809

https://juejin.im/post/5e3eb616f265da570d734dcb#heading-105

https://blog.csdn.net/yin767833376/article/details/81511377