(八)MySQL锁机制：高并发场景下该如何保证数据读写的安全性？

竹子爱熊猫
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引言

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   锁！这个词汇在编程中出现的次数尤为频繁，几乎主流的编程语言都会具备完善的锁机制，在数据库中也并不例外，为什么呢？这里牵扯到一个关键词：高并发，由于现在的计算机领域几乎都是多核机器，因此再编写单线程的应用自然无法将机器性能发挥到最大，想要让程序的并发性越高，多线程技术自然就呼之欲出，多线程技术一方面能充分压榨CPU资源，另一方面也能提升程序的并发支持性。
锁
多线程技术虽然能带来一系列的优势，但也因此引发了一个致命问题：线程安全问题，为了解决多线程并发执行造成的这个问题，从而又引出了锁机制，通过加锁执行的方式解决这类问题。

多线程、线程安全问题、锁机制，这都是咱们的老朋友了，相信之前曾认真读过《并发编程系列》相关文章的小伙伴都并不陌生，而本章则主要讲解MySQL中提供的锁机制。

一、MySQL锁的由来与分类

   客户端发往MySQL的一条条SQL语句，实际上都可以理解成一个个单独的事务，而在前面的《MySQL事务篇》中提到过：事务是基于数据库连接的，而每个数据库连接在MySQL中，又会用一条工作线程来维护，也意味着一个事务的执行，本质上就是一条工作线程在执行，当出现多个事务同时执行时，这种情况则被称之为并发事务，所谓的并发事务也就是指多条线程并发执行。

多线程并发执行自然就会出问题，也就是《事务篇-并发事务问题》中聊到的脏写、脏读、不可重复读以及幻读问题，而对于这些问题又可以通过调整事务的隔离级别来避免，那为什么调整事务的隔离级别后能避免这些问题产生呢？这是因为不同的隔离级别中，工作线程执行SQL语句时，用的锁粒度、类型不同。

也就是说，数据库的锁机制本身是为了解决并发事务带来的问题而诞生的，主要是确保数据库中，多条工作线程并行执行时的数据安全性。

但要先弄明白一点，所谓的并发事务肯定是基于同一个数据而言的，例如事务A目前在操作X表，事务B在操作Y表，这是一个并发事务吗？答案显然并不是，因为两者操作的都不是同一个数据，没有共享资源自然也不会造成并发问题。多个事务共同操作一张表、多个事务一起操作同一行数据等这类情景，这才是所谓的并发事务。

1.1、MySQL锁机制的分类

   MySQL的锁机制与索引机制类似，都是由存储引擎负责实现的，这也就意味着不同的存储引擎，支持的锁也并不同，这里是指不同的引擎实现的锁粒度不同。但除开从锁粒度来划分锁之外，其实锁也可以从其他的维度来划分，因此也会造出很多关于锁的名词，下面先简单梳理一下MySQL的锁体系：

  • 以锁粒度的维度划分：
    • ①表锁：
      • 全局锁：加上全局锁之后，整个数据库只能允许读，不允许做任何写操作。
      • 元数据锁 / MDL锁：基于表的元数据加锁，加锁后整张表不允许其他事务操作。
      • 意向锁：这个是InnoDB中为了支持多粒度的锁，为了兼容行锁、表锁而设计的。
      • 自增锁 / AUTO-INC锁：这个是为了提升自增ID的并发插入性能而设计的。
    • ②页面锁
    • ③行锁：
      • 记录锁 / Record锁：也就是行锁，一条记录和一行数据是同一个意思。
      • 间隙锁 / Gap锁：InnoDB中解决幻读问题的一种锁机制。
      • 临建锁 / Next-Key锁：间隙锁的升级版，同时具备记录锁+间隙锁的功能。
  • 以互斥性的维度划分：
    • 共享锁 / S锁：不同事务之间不会相互排斥、可以同时获取的锁。
    • 排他锁 / X锁：不同事务之间会相互排斥、同时只能允许一个事务获取的锁。
    • 共享排他锁 / SX锁：MySQL5.7版本中新引入的锁，主要是解决SMO带来的问题。
  • 以操作类型的维度划分：
    • 读锁：查询数据时使用的锁。
    • 写锁：执行插入、删除、修改、DDL语句时使用的锁。
  • 以加锁方式的维度划分：
    • 显示锁：编写SQL语句时，手动指定加锁的粒度。
    • 隐式锁：执行SQL语句时，根据隔离级别自动为SQL操作加锁。
  • 以思想的维度划分：
    • 乐观锁：每次执行前认为自己会成功，因此先尝试执行，失败时再获取锁。
    • 悲观锁：每次执行前都认为自己无法成功，因此会先获取锁，然后再执行。

放眼望下来，是不是看着还蛮多的，但总归说来说去其实就共享锁、排他锁两种，只是加的方式不同，加的地方不同，因此就演化出了这么多锁的称呼。

二、共享锁与排他锁

   共享锁又被称之为S锁，它是Shared Lock的简称，这点很容易理解，而排他锁又被称之为X锁，对于这点我则不太理解，因为排他锁的英文是Exclusive Lock，竟然不叫E锁，反而叫X锁，到底是红杏出了墙还是.....，打住，回归话题本身来聊一聊这两种锁。

其实有些地方也将共享锁称之为读锁，排他锁称之为写锁，这乍一听并没啥问题，毕竟对同一数据做读操作是可以共享的，写则是不允许。但这个说法并不完全正确，因为读操作也可以是排他锁，即读操作发生时也不允许其他线程操作，而MySQL中也的的确确有这类场景，比如：
一条线程在读数据时加了一把锁（读锁），此时当另外一条线程来尝试对相同数据做写操作时，这条线程会陷入阻塞，因为MySQL中一条线程在读时不允许其他线程改。
在上述这个案例中，读锁明显也会存在排斥写操作，因此前面说法并不正确，共享锁就是共享锁，排他锁就是排他锁，不能与读锁、写锁混为一谈。

2.1、共享锁

共享锁的意思很简单，也就是不同事务之间不会排斥，可以同时获取锁并执行，这就类似于之前聊过的《AQS-共享模式》，但这里所谓的不会排斥，仅仅只是指不会排斥其他事务来读数据，但其他事务尝试写数据时，就会出现排斥性，举个例子理解：

事务T1对ID=88的数据加了一个共享锁，此时事务T2、T3也来读取ID=88的这条数据，这时T2、T3是可以获取共享锁执行的，但此刻又来了一个事务T4，它则是想对ID=88的这条数据执行修改操作，此时共享锁会出现排斥行为，不允许T4获取锁执行。

在MySQL中，我们可以在SQL语句后加上相关的关键字来使用共享锁，语法如下：

SELECT ... LOCK IN SHARE MODE;
-- MySQL8.0之后也优化了写法，如下：
SELECT ... FOR SHARE;

这种通过在SQL后添加关键字的加锁形式，被称为显式锁，而实际上为数据库设置了不同的事务隔离级别后，MySQL也会对SQL自动加锁，这种形式则被称之为隐式锁。

此时来做个关于共享锁的小实验，先打开两个cmd窗口并与MySQL建立连接：

-- 窗口1：
-- 开启一个事务
begin;
-- 获取共享锁并查询 ID=1 的数据
select * from `zz_users` where user_id = 1 lock in share mode;

-- 窗口2：
-- 开启一个事务
begin;
-- 获取共享锁并查询 ID=1 的数据
select * from `zz_users` where user_id = 1 lock in share mode;

此时两个事务都是执行查询的操作，因此可以正常执行，如下：
读-读
紧接着再在窗口2中，尝试修改ID=1的数据：

-- 修改 ID=1 的姓名为 猫熊
update `zz_users` set `user_name` = "猫熊" where `user_id` = 1;

此时执行后会发现，窗口2没了反应，这条写SQL显然并未执行成功，如下：
排他性
显然当另一个事务尝试对具备共享锁的数据进行写操作时，会被共享锁排斥，因此从这个实验中可以得知：共享锁也具备排他性，会排斥其他尝试写的线程，当有线程尝试修改同一数据时会陷入阻塞，直至持有共享锁的事务结束才能继续执行，如下：
事务提交
当第一个持有共享锁的事务提交后，此时第二个事务的写操作才能继续往下执行，从上述截图中可明显得知：第二个事务/线程被阻塞24.74s后才执行成功，这是由于第一个事务迟迟未结束导致的。

2.2、排他锁

上面简单的了解了共享锁之后，紧着来看看排他锁，排他锁也被称之为独占锁，也就是类似于之前所讲到的《AQS-独占模式》，当一个线程获取到独占锁后，会排斥其他线程，如若其他线程也想对共享资源/同一数据进行操作，必须等到当前线程释放锁并竞争到锁资源才行。

值得注意的一点是：排他锁并不是只能用于写操作，对于一个读操作，咱们也可以手动的指定为获取排他锁，当一个事务在读数据时，获取了排他锁，那当其他事务来读、写同一数据时，都会被排斥，比如事务T1对ID=88的这条数据加了一个排他锁，此时T2来加排他锁读取这条数据，T3来修改这条数据，都会被T1排斥。

在MySQL中，可以通过如下方式显式获取独占锁：

SELECT ... FOR UPTATE;

也简单的做个小实验，如下：
排他读锁
当两个事务同时获取排他锁，尝试读取一条相同的数据时，其中一个事务就会陷入阻塞，直至另一个事务结束才能继续往下执行，但是下述这种情况则不会被阻塞：
MVCC
也就是另一个事务不获取排他锁读数据，而是以普通的方式读数据，这种方式则可以立刻执行，Why？是因为读操作默认加共享锁吗？也并不是，因为你尝试加共享锁读这条数据时依旧会被排斥，如下：
排他锁与共享锁
可以明显看到，第二个事务中尝试通过加共享锁的方式读取这条数据，依旧会陷入阻塞状态，那前面究竟是因为啥原因才导致的能读到数据呢？其实这跟另一种并发控制技术有关，即MVCC机制（下篇再深入剖析）。

2.3、MySQL锁的释放

等等，似乎在咱们前面的实验中，每次都仅获取了锁，但好像从未释放过锁呀？其实MySQL中释放锁的动作都是隐式的，毕竟如果交给咱们来释放，很容易由于操作不当造成死锁问题发生。因此对于锁的释放工作，MySQL自己来干，就类似于JVM中的GC机制一样，把内存释放的工作留给了自己完成。

但对于锁的释放时机，在不同的隔离级别中也并不相同，比如在“读未提交”级别中，是SQL执行完成后就立马释放锁；而在“可重复读”级别中，是在事务结束后才会释放。

PS：如果完全按照数据库规范来实现RC隔离级别，为了保证其他事务可以读到未提交的数据，那就必须得在SQL执行完成后，立马释放掉锁，这时另一个事务才能读到SQL对应写的数据，但在InnoDB引擎中，它基于MVCC机制实现了该效果，为此，InnoDB的RC级别中，SQL执行结束后并不会释放锁。

OK~，接下来一起来聊一聊MySQL中不同粒度的锁，即表锁、行锁、页锁等。

三、MySQL表锁

   表锁应该是听的最多的一种锁，因为实现起来比较简单，同时应用范围也比较广泛，几乎所有的存储引擎都会支持这个粒度的锁，比如常用的MyISAM、InnoDB、Memory等各大引擎都实现了表锁。

但要注意，不同引擎的表锁也在实现上以及加锁方式上有些许不同，但归根结底，表锁的意思也就以表作为锁的基础，将锁加在表上，一张表只能存在一个同一类型的表锁。

上面这段话中提到过，不同的存储引擎的表锁在使用方式上也有些不同，比如InnoDB是一个支持多粒度锁的存储引擎，它的锁机制是基于聚簇索引实现的，当SQL执行时，如果能在聚簇索引命中数据，则加的是行锁，如无法命中聚簇索引的数据则加的是表锁，比如：

select * from `zz_users` for update;

这条SQL就无法命中聚簇索引，此时自然加的就是表级别的排他锁，但是这个表级锁，并不是真正意义上的表锁，是一个“伪表锁”，但作用是相同的，锁了整张表。

而反观MyISAM引擎，由于它并不支持聚簇索引，所以无法再以InnoDB的这种形式去对表上锁，因此如若要在MyISAM引擎中使用表锁，又需要使用额外的语法，如下：

-- MyISAM引擎中获取读锁（具备读-读可共享特性）
LOCK TABLES `table_name` READ;

-- MyISAM引擎中获取写锁（具备写-读、写-写排他特性）
LOCK TABLES `table_name` WRITE;

-- 查看目前库中创建过的表锁（in_use>0表示目前正在使用的表锁）
SHOW OPEN TABLES WHERE in_use > 0;

-- 释放已获取到的锁
UNLOCK TABLES;

如上便是MyISAM引擎中，获取表级别的共享锁和排他锁的方式，但这里的关键词其实叫做READ、WEITE，翻译过来也就是读、写的意思，因此关于共享锁就是读锁、排他锁就是写锁的说法，估计就是因此而来的。

不过MyISAM引擎中，获取了锁还需要自己手动释放锁，否则会造成死锁现象出现，因为如果不手动释放锁，就算事务结束也不会自动释放，除非当前的数据库连接中断时才会释放。

此时来观察一个小实验，代码和步骤就不贴了，重点看图，如下：
MyISAM表锁
如若你自己有兴趣，也可以按照上图中的序号一步步实验，从这个实验结果中，显然能佐证咱们前面抛出的观点，MyISAM表锁显式获取后，必须要自己主动释放，否则结合数据库连接池，由于数据库连接是长存的，就会导致表锁一直被占用。

这里还漏了一个小实验，也就是当你加了read读锁后，再尝试加write写锁，就会发现无法获取锁，当前线程会陷入阻塞，反过来也是同理，但我就不再重新再弄了，毕竟这个图再搞一次就有点累~

OK~，到这里就对InnoDB、MyISAM引擎中的表锁做了简单介绍，但实际上除开最基本的表锁外，还有其他几种表锁，即元数据锁、意向锁、自增锁、全局锁，接下来一起来聊一聊这些特殊的锁。

3.1、元数据锁（Meta Data Lock）

Meta Data Lock元数据锁，也被简称为MDL锁，这是基于表的元数据加锁，什么意思呢？咱们到目前为止已经模模糊糊懂得一个概念：表锁是基于整张表加锁，行锁是基于一条数据加锁，那这个表的元数据是什么东东呢？在《索引原理篇》中聊索引的实现时，曾提到过一点：所有存储引擎的表都会存在一个.frm文件，这个文件中主要存储表的结构（DDL语句），而MDL锁就是基于.frm文件中的元数据加锁的。

对于这种锁是在MySQL5.5版本后再开始支持的，一般来说咱们用不上，因此也无需手动获取锁，这个锁主要是用于：更改表结构时使用，比如你要向一张表创建/删除一个索引、修改一个字段的名称/数据类型、增加/删除一个表字段等这类情况。

因为毕竟当你的表结构正在发生更改，假设此时有其他事务来对表做CRUD操作，自然就会出现问题，比如我刚删了一个表字段，结果另一个事务中又按原本的表结构插入了一条数据，这显然会存在风险，因此MDL锁在加锁后，整张表不允许其他事务做任何操作。

3.2、意向锁（Intention Lock）

前面提到过，InnoDB引擎是一种支持多粒度锁的引擎，而意向锁则是InnoDB中为了支持多粒度的锁，为了兼容行锁、表锁而设计的，怎么理解这句话呢？先来看一个例子：

假设一张表中有一千万条数据，现在事务T1对ID=8888888的这条数据加了一个行锁，此时来了一个事务T2，想要获取这张表的表级别写锁，经过前面的一系列讲解，大家应该知道写锁必须为排他锁，也就是在同一时刻内，只允许当前事务操作，如果表中存在其他事务已经获取了锁，目前事务就无法满足“独占性”，因此不能获取锁。

那思考一下，由于T1是对ID=8888888的数据加了行锁，那T2获取表锁时，是不是得先判断一下表中是否存在其他事务在操作？但因为InnoDB中有行锁的概念，所以表中任何一行数据上都有可能存在事务加锁操作，为了能精准的知道答案，MySQL就得将整张表的1000W条数据全部遍历一次，然后逐条查看是否有锁存在，那这个效率自然会非常的低。

有人可能会说，慢就慢点怎么了，能接受！但实际上不仅仅存在这个问题，还有另外一个致命问题，比如现在MySQL已经判断到了第567W行数据，发现前面的数据上都没有锁存在，正在继续往下遍历。

要记住MySQL是支持并发事务的，也就是MySQL正在扫描后面的每行数据是否存在锁时，万一又来了一个事务在扫描过的数据行上加了个锁怎么办？比如在第123W条数据上加了一个行锁。那难道又重新扫描一遍嘛？这就陷入了死循环，行锁和表锁之间出现了兼容问题。

也正是由于行锁和表锁之间存在兼容性问题，所以意向锁它来了！意向锁实际上也是一种特殊的表锁，意向锁其实是一种“挂牌告知”的思想，好比日常生活中的出租车，一般都会有一个牌子，表示它目前是“空车”还是“载客”状态，而意向锁也是这个思想。

比如当事务T1打算对ID=8888888这条数据加一个行锁之前，就会先加一个表级别的意向锁，比如目前T1要加一个行级别的读锁，就会先添加一个表级别的意向共享锁，如果T1要加行级别的写锁，亦是同理。

此时当事务T2尝试获取一个表级锁时，就会先看一下表上是否有意向锁，如果有的话再判断一下与自身是否冲突，比如表上存在一个意向共享锁，目前T2要获取的是表级别的读锁，那自然不冲突可以获取。但反之，如果T2要获取一个表记的写锁时，就会出现冲突，T2事务则会陷入阻塞，直至T1释放了锁（事务结束）为止。

3.3、自增锁（AUTO-INC Lock）

自增锁，这个是专门为了提升自增ID的并发插入性能而设计的，通常情况下咱们在建表时，都会对一张表的主键设置自增特性，如下：

CREATE TABLE `table_name` (
    `xx_id` NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    .....
) ENGINE = InnoDB;

当对一个字段设置AUTO_INCREMENT自增后，意味着后续插入数据时无需为其赋值，系统会自动赋上顺序自增的值。但想一想，比如目前表中最大的ID=88，如果两个并发事务一起对表执行插入语句，由于是并发执行的原因，所以有可能会导致插入两条ID=89的数据。因此这里必须要加上一个排他锁，确保并发插入时的安全性，但也由于锁的原因，插入的效率也就因此降低了，毕竟将所有写操作串行化了。

为了改善插入数据时的性能，自增锁诞生了，自增锁也是一种特殊的表锁，但它仅为具备AUTO_INCREMENT自增字段的表服务，同时自增锁也分成了不同的级别，可以通过innodb_autoinc_lock_mode参数控制。

  • innodb_autoinc_lock_mode = 0：传统模式。
  • innodb_autoinc_lock_mode = 1：连续模式（MySQL8.0以前的默认模式）。
  • innodb_autoinc_lock_mode = 2：交错模式（MySQL8.0之后的默认模式）。

当然，这三种模式又是什么含义呢？想要彻底搞清楚，那就得先弄明白MySQL中可能出现的三种插入类型：

  • 普通插入：指通过INSERT INTO table_name(...) VALUES(...)这种方式插入。
  • 批量插入：指通过INSERT ... SELECT ...这种方式批量插入查询出的数据。
  • 混合插入：指通过INSERT INTO table_name(id,...) VALUES(1,...),(NULL,...),(3,...)这种方式插入，其中一部分指定ID，一部分不指定。

简单了解上述三种插入模式后，再用一句话来概述自增锁的作用：自增锁主要负责维护并发事务下自增列的顺序，也就是说，每当一个事务想向表中插入数据时，都要先获取自增锁先分配一个自增的顺序值，但不同模式下的自增锁也会有些许不同。

传统模式：事务T1获取自增锁插入数据，事务T2也要插入数据，此时事务T2只能阻塞等待，也就是传统模式下的自增锁，同时只允许一条线程执行，这种形式显然性能较低。

连续模式：这个模式主要是由于传统模式存在性能短板而研发的，在这种模式中，对于能够提前确定数量的插入语句，则不会再获取自增锁，啥意思呢？也就是对于“普通插入类型”的语句，因为在插入之前就已经确定了要插入多少条数据，因为会直接分配范围自增值。

好比目前事务T1要通过INSERT INTO...语句插入十条数据，目前表中存在的最大ID=88，那在连续模式下，MySQL会直接将89~98这十个自增值分配给T1，因此T1无需再获取自增锁，但不获取自增锁不代表不获取锁了，而是改为使用一种轻量级锁Mutex-Lock来防止自增值重复分配。

对于普通插入类型的操作，由于可以提前确定插入的数据量，因此可以采用“预分配”思想，但如若对于批量插入类型的操作，因为批量插入的数据是基于SELECT语句查询出来的，所以在执行之前也无法确定究竟要插入多少条，所以依旧会获取自增锁执行。也包括对于混合插入类型的操作，有一部分指定了自增值，但有一部分需要MySQL分配，因此“预分配”的思想也用不上，因此也要获取自增锁执行。

交错模式：在交错插入模式中，对于INSERT、REPLACE、INSERT…SELECT、REPLACE…SELECT、LOAD DATA等一系列插入语句，都不会再使用表级别的自增锁，而是全都使用Mutex-Lock来确保安全性，为什么在这个模式中，批量插入也可以不获取自增锁呢？这跟它的名字有关，目前这个模式叫做交错插入模式，也就是不同事务之间插入数据时，自增列的值是交错插入的，举个例子理解。

好比事务T1、T2都要执行批量插入的操作，因为不确定各自要插入多少条数据，所以之前那种“连续预分配”的思想用不了了，但虽然无法做“连续的预分配”，那能不能交错预分配呢？好比给T1分配{1、3、5、7、9....}，给T2分配{2、4、6、8、10.....}，然后两个事务交错插入，这样岂不是做到了自增值即不重复，也能支持并发批量插入？答案是Yes，但由于两个事务执行的都是批量插入的操作，因此事先不确定插入行数，所以有可能导致“交错预分配”的顺序值，有可能不会使用，比如T1只插入了四条数据，只用了1、3、5、7，T2插入了五条数据，因此表中的自增值有可能出现空隙，即{1、2、3、4、5、6、8、10}，其中9就并未使用。

虽然我没看过自增锁这块的源码，但交错插入模式底层应该是我推测的这种方式实现的，也就是利用自增列的步长机制实现，不过由于插入可能会出现空隙，因此对后续的主从复制也有一定影响（以后再细聊）。

不过相对来说影响也不大，虽然无法保证自增值的连续性，但至少能确保递增性，因此对索引的维护不会造成额外开销。

3.4、全局锁

全局锁其实是一种尤为特殊的表锁，其实将它称之为库锁也许更合适，因为全局锁是基于整个数据库来加锁的，加上全局锁之后，整个数据库只能允许读，不允许做任何写操作，一般全局锁是在对整库做数据备份时使用。

-- 获取全局锁的命令
FLUSH TABLES WITH READ LOCK;

-- 释放全局锁的命令
UNLOCK TABLES;

从上述的命令也可以看出，为何将其归纳到表锁范围，因为获取锁以及释放锁的命令都是表锁的命令。

四、MySQL行锁

   通常而言，为了尽可能提升数据库的整体性能，所以每次在加锁时，锁的范围自然是越小越好，举个例子：

假设此时有1000个请求，要操作zz_users表中的数据，如果以表粒度来加锁，假设第一个请求获取到的是排他锁，也就意味着其他999个请求都需要阻塞等待，其效率可想而知....

仔细一思考：虽然此时有1000个请求操作zz_users表，但这些请求中至少90%以上，要操作的都是表中不同的行数据，因此如若每个请求都获取表级锁，显然太影响效率了，而InnoDB引擎中也考虑到了这个问题，所以实现了更细粒度的锁，即行锁。

4.1、表锁与行锁之间的关系

表锁与行锁之间的关系，举个生活中的例子来快速理解一下，一张表就类似于一个生活中的酒店，每个事务/请求就类似于一个个旅客，旅客住宿为了确保夜晚安全，通常都会锁门保护自己。而表锁呢，就类似于一个旅客住进酒店之后，直接把酒店大门给锁了，其他旅客就只能等第一位旅客住完出来之后才能一个个进去，每个旅客进酒店之后的第一件事情就是锁大门，防止其他旅客威胁自己的安全问题。

但假设酒店门口来了一百位旅客，其中大部分旅客都是不同的房间（情侣除外），因此直接锁酒店大门显然并不合理。

而行锁呢，就类似于房间的锁，门口的100位旅客可以一起进酒店，每位旅客住进自己的房间之后，将房门反锁，这显然也能保障各自的人身安全问题，同时也能让一个酒店在同一时间内接纳更多的旅客，“性能”更高。

4.2、InnoDB的行锁实现

放眼望去，在MySQL诸多的存储引擎中，仅有InnoDB引擎支持行锁（不考虑那些闭源自研的），这是由于什么原因导致的呢？因为InnoDB支持聚簇索引，在之前简单聊到过，InnoDB中如果能够命中索引数据，就会加行锁，无法命中则会加表锁。

在《索引原理篇-InnoDB索引实现》中提到过，InnoDB会将表数据存储在聚簇索引中，每条行数据都会存储在树中的叶子节点上，因此行数据是“分开的”，所以可以对每一条数据上锁，但其他引擎大部分都不支持聚簇索引，表数据都是一起存储在一块的，所以只能基于整个表数据上锁，这也是为什么其他引擎不支持行锁的原因。

4.3、记录锁（Record Lock）

Record Lock记录锁，实际上就是行锁，一行表数据、一条表记录本身就是同一个含义，因此行锁也被称为记录锁，两个称呼最终指向的是同一类型的锁，那如何使用行锁呢？

-- 获取行级别的 共享锁
select * from `zz_users` where user_id = 1 lock in share mode;

-- 获取行级别的 排他锁
select * from `zz_users` where user_id = 1 for update;

是的，你没看错，想要使用InnoDB的行锁就是这样写的，如果你的SQL能命中索引数据，那也就自然加的就是行锁，反之则是表锁。但网上很多资料都流传着一个说法：InnoDB引擎的表锁没啥用，其实这句话会存在些许误导性，因为意向锁、自增锁、MDL锁都是表锁，也包括InnoDB的行锁是基于索引实现的，例如在update语句修改数据时，假设where后面的条件无法命中索引，那咋加行锁呢？此时没办法就必须得加表锁了，因此InnoDB的表锁是有用的。

4.4、间隙锁（Gap Lock）

间隙锁是对行锁的一种补充，主要是用来解决幻读问题的，但想要理解它，咱们首先来理解啥叫间隙：

SELECT * FROM `zz_users`;
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
| user_id | user_name | user_sex | password | register_time       |
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+
|       1 | 熊猫      | 女       | 6666     | 2022-08-14 15:22:01 |
|       2 | 竹子      | 男       | 1234     | 2022-09-14 16:17:44 |
|       3 | 子竹      | 男       | 4321     | 2022-09-16 07:42:21 |
|       4 | 猫熊      | 女       | 8888     | 2022-09-27 17:22:59 |
|       9 | 黑竹      | 男       | 9999     | 2022-09-28 22:31:44 |
+---------+-----------+----------+----------+---------------------+

上述这张表最后两条数据，ID字段之间从4跳到了9，那么4~9两者之间的范围则被称为“间隙”，而间隙锁则主要锁定的是这块范围。

那为何又说间隙锁是用来解决幻读问题的呢？因为幻读的概念是：一个事务在执行时，另一个事务插入了一条数据，从而导致第一个事务操作完成之后发现结果与预想的不一致，跟产生了幻觉一样。
好比拿上述表举例子，现在要将ID>3的用户密码重置为1234，因此事务T1先查到了ID>3的4、9两条数据并上锁了，然后开始更改用户密码，但此时事务T2过来又插入了一条ID=6、password=7777的数据并提交，等T1修改完了4、9两条数据后，此时再次查询ID>3的数据时，结果发现了ID=6的这条数据并未被重置密码。

在上述这个例子中，T2因为新增并提交了事务，所以T1再次查询时也能看到ID=6的这条数据，就跟产生了幻觉似的，对于这种新增数据，专业的叫法称之为幻影数据。

为了防止出现安全问题，所以T1在操作之前会对目标数据加锁，但在T1事务执行时，这条幻影数据还不存在，因此就会出现一个新的问题：不知道把锁加在哪儿，毕竟想要对ID=6的数据加锁，就是加了个寂寞。

那难道不加锁了吗？肯定得加锁，但怎么加呢？普通的行锁就已经无法解决这个问题了，总不能加表锁吧，那也太影响性能了，所以间隙锁应运而生！间隙锁的功能与它的名字一样，主要是对间隙区域加锁，举个例子：

select * from `zz_users` where user_id = 6 lock in share mode;

这条加锁的SQL看起来似乎不是那么合理对吧？毕竟ID=6的数据在表中还没有呀，咋加锁呢？其实这个就是间隙锁，此时会锁定{4~9}之间、但不包含4、9的区域，因为间隙锁是遵循左右开区间的原则，简单演示一下案例：
间隙锁实验
上述案例的过程参考图中注释即可，不再反复赘述，简单说一下结论：当对一个不存在的数据加锁后，默认就是锁定前后两条数据之间的区间，当其他事务再尝试向该区间插入数据时，就会陷入阻塞，只有当持有间隙锁的事务结束后，才能继续执行插入操作。

不过间隙锁加在不同的位置，锁定的范围也并不相同，如果加在两条数据之间，那么锁定的区域就是两条数据之间的间隙。如果加在上表ID=1的数据上，锁定的区域则是{1~1}，即只锁定ID=1的这一行数据，毕竟间隙锁的作用是为了保护可能插入的行，而不是已有的行，因此在这里不会锁定其他不存在的行。

PS：InnoDB默认的行锁算法为临键锁，所以实际情况下，对ID=1的数据加锁时，锁定的区域就是{-∞ ~ 1}，即无穷小到1之间的区域。如果加在ID=9之后，锁定的区域就是{9 ~ +∞}，即9之后到无穷大的区域。

4.5、临键锁（Next-Key Lock）

临键锁是间隙锁的Plus版本，或者可以说成是一种由记录锁+间隙锁组成的锁：

  • 记录锁：锁定的范围是表中具体的一条行数据。
  • 间隙锁：锁定的范围是左右开区间，但不包含当前这一条真实数据，只锁间隙区域。

而临键锁则是两者的结合体，加锁后，即锁定左开右闭的区间，也会锁定当前行数据，还是以上述表为例，做个简单的小实验，如下：
临键锁实验
这回和间隙锁的实验类似，但也并不相同，这回是基于表中ID=9的这条数据加锁的，此时来看结果，除开锁定了4~9这个区间外，对于ID=9这条数据也锁定了，因为在事务T2中尝试对ID=9的数据修改时，也会让事务陷入阻塞。

临键锁的注意点：当原本持有锁的T1事务结束后，T2会执行插入操作，这时锁会被T2获取，当你再尝试开启一个新的事务T3，再次获取相同的临键锁时，是无法获取的，只能等T2结束后才能获取（因为临建锁包含了记录锁，虽然间隙锁可以同时由多个事务持有，但排他类型的记录锁只允许一个事务持有）。

实际上在InnoDB中，除开一些特殊情况外，当尝试对一条数据加锁时，默认加的是临键锁，而并非记录锁、间隙锁。

也就是说，在前面举例幻读问题中，当T1要对ID>3的用户做密码重置，锁定4、9这两条行数据时，默认会加的是临键锁，也就是当事务T2尝试插入ID=6的数据时，因为有临建锁存在，因此无法再插入这条“幻影数据”，也就至少保障了T1事务执行过程中，不会碰到幻读问题。

4.6、插入意向锁（Insert Intention Lock）

插入意向锁，听起来似乎跟前面的表级别意向锁有些类似，但实际上插入意向锁是一种间隙锁，这种锁是一种隐式锁，也就是咱们无法手动的获取这种锁。通常在MySQL中插入数据时，是并不会产生锁的，但在插入前会先简单的判断一下，当前事务要插入的位置有没有存在间隙锁或临键锁，如果存在的话，当前插入数据的事务则需阻塞等待，直到拥有临键锁的事务提交。

当事务执行插入语句阻塞时，就会生成一个插入意向锁，表示当前事务想对一个区间插入数据（目前的事务处于等待插入意向锁的状态）。

当持有原本持有临建锁的事务提交后，当前事务即可以获取插入意向锁，然后执行插入操作，当此时如若又来一个新的事务，也要在该区间中插入数据，那新的事务会阻塞吗？答案是不会，可以直接执行插入操作，Why？

因为在之前的《SQL执行篇-写入SQL执行流程》中曾说到过，对于写入SQL都会做一次唯一性检测，如果要插入的数据，与表中已有的数据，存在唯一性冲突时会直接抛出异常并返回。这也就意味着：如果没抛出异常，就代表着当前要插入的数据与表中数据不存在唯一性冲突，或表中压根不存在唯一性字段，可以允许插入重复的数据。

简单来说就是：能够真正执行的插入语句，绝对是通过了唯一检测的，因此插入时可以让多事务并发执行，同时如果设置了自增ID，也会获取自增锁确保安全性，所以当多个事务要向一个区间插入数据时，插入意向锁是不会排斥其他事务的，从这种角度而言，插入意向锁也是一种共享锁。

4.7、行锁的粒度粗化

有一点要值得注意：行锁并不是一成不变的，行锁会在某些特殊情况下发生粗化，主要有两种情况：

  • 在内存中专门分配了一块空间存储锁对象，当该区域满了后，就会将行锁粗化为表锁。
  • 当做范围性写操作时，由于要加的行锁较多，此时行锁开销会较大，也会粗化成表锁。

当然，这两种情况其实很少见，因此只需要知道有锁粗化这回事即可，这种锁粗化的现象其实在SQLServer数据库中更常见，因为SQLServer中的锁机制是基于行记录实现的，而MySQL中的锁机制则是基于事务实现的（后续《事务与锁原理篇》详细剖析）。

五、页面锁、乐观锁与悲观锁

上述对MySQL两种较为常见的锁粒度进行了阐述，接着再来看看页面锁、乐观锁与悲观锁。

5.1、页面锁

页面锁是Berkeley DB存储引擎支持的一种锁粒度，当然，由于BDB引擎被Oracle收购的原因，因此MySQL5.1以后不再直接性的支持该引擎（需自己整合），因此页锁见的也比较少，大家稍微了解即可。

  • 表锁：以表为粒度，锁住的是整个表数据。
  • 行锁：以行为粒度，锁住的是一条数据。
  • 页锁：以页为粒度，锁住的是一页数据。

唯一有些许疑惑的地方，就是一页数据到底是多少呢？其实我也不大清楚，毕竟没用过BDB引擎，但我估计就是只一个索引页的大小，即16KB左右。

简单了解后页锁后，接着来看一看从思想维度划分的两种锁，即乐观锁与悲观锁。

5.2、乐观锁

乐观锁即是无锁思想，对于这点在之前聊《并发编程系列-Unsafe与原子包》时曾详细讲到过，但悲观锁也好，乐观锁也罢，实际上仅是一种锁的思想，如下：

  • 乐观锁：每次执行都认为只会有自身一条线程操作，因此无需拿锁直接执行。
  • 悲观锁：每次执行都认为会有其他线程一起来操作，因此每次都需要先拿锁再执行。

乐观锁与悲观锁也对应着咱们日常生活中，处理一件事情的态度，一个人性格很乐观时，做一件事情时都会把结果往好处想，而一个人性格很悲观时，处理一件事情都会做好最坏的打算。

OK~，编程中的无锁技术，或者说乐观锁机制，一般都是基于CAS思想实现的，而在MySQL中则可以通过version版本号+CAS的形式实现乐观锁，也就是在表中多设计一个version字段，然后在SQL修改时以如下形式操作：

UPDATE ... SET version = version + 1 ... WHERE ... AND version = version;

也就是每条修改的SQL都在修改后，对version字段加一，比如T1、T2两个事务一起并发执行时，当T2事务执行成功提交后，就会对version+1，因此事务T1的version=version这个条件就无法成立，最终会放弃执行，因为已经被其他事务修改过了。

当然，一般的乐观锁都会配合轮询重试机制，比如上述T1执行失败后，再次执行相同语句，直到成功为止。

从上述过程中不难看出，这个过程中确实未曾添加锁，因此也做到了乐观锁/无锁的概念落地，但这种形式却并不适合所有情况，比如写操作的并发较高时，就容易导致一个事务长时间一直在重试执行，从而导致客户端的响应尤为缓慢。

因此乐观锁更加适用于读大于写的业务场景，频繁写库的业务则并不适合加乐观锁。

5.3、悲观锁

悲观锁的思想咱们上面已经提到了，即每次执行时都会加锁再执行，咱们之前分析的《synchronized关键字》、《AQS-ReetrantLock》都属于悲观锁类型，也就是在每次执行前必须获取到锁，然后才能继续往下执行，而数据库中的排他锁，就是一种典型的悲观锁类型。

在数据库中想要使用悲观锁，那也就是对一个事务加排他锁for update即可，不再重复赘述。

五、MySQL锁机制总结

   看到这里，相信大家对MySQL中提供的锁机制有了全面的认识，但以目前情况而言，虽对每种锁类型有了基本认知，但本篇的内容更像一个个的点，很难和《MySQL事务篇》连成线，而对于这块的具体内容，则会放在后续的《事务与锁机制的实现原理篇》中详细讲解，在后续的原理篇中再将这一个个知识点串联起来，因为想要真正弄懂MySQL事务隔离机制的实现，还缺少了一块至关重要的点没讲到：即MVCC机制。

因此会先讲明白数据库的MVCC多版本并发控制技术的实现后，再去剖析事务隔离机制的实现。

最后再来简单的总结一下本篇所聊到的不同锁，它们之间的冲突与兼容关系：

PS：表中横向（行）表示已经持有锁的事务，纵向（列）表示正在请求锁的事务。

行级锁对比共享临键锁排他临键锁间隙锁插入意向锁
共享临键锁兼容冲突兼容冲突
排他临键锁冲突冲突兼容冲突
间隙锁兼容兼容兼容冲突
插入意向锁冲突冲突冲突兼容

由于临建锁也会锁定相应的行数据，因此上表中也不再重复赘述记录锁，临建锁兼容的 记录锁都兼容，同理，冲突的记录锁也会冲突，再来看看标记别的锁对比：

表级锁对比共享意向锁排他意向锁元数据锁自增锁全局锁
共享意向锁兼容兼容冲突兼容冲突
排他意向锁兼容兼容冲突兼容冲突
元数据锁冲突冲突冲突冲突冲突
自增锁冲突冲突冲突冲突冲突
全局锁兼容冲突冲突冲突冲突

放眼望下来，其实会发现表级别的锁，会有很多很多冲突，因为锁的粒度比较大，因此很多时候都会出现冲突，但对于表级锁，咱们只需要关注共享意向锁和共享排他锁即可，其他的大多数为MySQL的隐式锁（在这里，共享意向锁和排他意向锁，也可以理解为MyISAM中的表读锁和表写锁）。

最后再简单的说一下，表中的冲突和兼容究竟是啥意思？冲突的意思是当一个事务T1持有某个锁时，另一个事务T2来请求相同的锁，T2会由于锁排斥会陷入阻塞等待状态。反之同理，兼容的意思是指允许多个事务一同获取同一个锁。

MySQL5.7版本中新增的共享排他锁

对于这条是最后补齐的，之前漏写了这种锁类型，在MySQL5.7之前的版本中，数据库中仅存在两种类型的锁，即共享锁与排他锁，但是在MySQL5.7.2版本中引入了一种新的锁，被称之为(SX)共享排他锁，这种锁是共享锁与排他锁的杂交类型，至于为何引入这种锁呢？聊它之前需要先理解SMO问题：

在SQL执行期间一旦更新操作触发B+Tree叶子节点分裂，那么就会对整棵B+Tree加排它锁，这不但阻塞了后续这张表上的所有的更新操作，同时也阻止了所有试图在B+Tree上的读操作，也就是会导致所有的读写操作都被阻塞，其影响巨大。因此，这种大粒度的排它锁成为了InnoDB支持高并发访问的主要瓶颈，而这也是MySQL 5.7版本中引入SX锁要解决的问题。

那想一下该如何解决这个问题呢？最简单的方式就是减小SMO问题发生时，锁定的B+Tree粒度，当发生SMO问题时，就只锁定B+Tree的某个分支，而并不是锁定整颗B+树，从而做到不影响其他分支上的读写操作。

那MySQL5.7中引入共享排他锁后，究竟是如何实现的这点呢？首先要弄清楚SX锁的特性，它不会阻塞S锁，但是会阻塞X、SX锁，下面展开来聊一聊。

在聊之前首先得搞清楚SQL执行时的几个概念：

  • 读取操作：基于B+Tree去读取某条或多条行记录。
  • 乐观写入：不会改变B+Tree的索引键，仅会更改索引值，比如主键索引树中不修改主键字段，只修改其他字段的数据，不会引起节点分裂。
  • 悲观写入：会改变B+Tree的结构，也就是会造成节点分裂，比如无序插入、修改索引键的字段值。

在MySQL5.6版本中，一旦有操作导致了树结构发生变化，就会对整棵树加上排他锁，阻塞所有的读写操作，而MySQL5.7版本中，为了解决该问题，对于不同的SQL执行，流程就做了调整。

MySQL5.7中读操作的执行流程

  • ①读取数据之前首先会对B+Tree加一个共享锁。
  • ②在基于树检索数据的过程中，对于所有走过的叶节点会加一个共享锁。
  • ③找到需要读取的目标叶子节点后，先加一个共享锁，释放步骤②上加的所有共享锁。
  • ④读取最终的目标叶子节点中的数据，读取完成后释放对应叶子节点上的共享锁。

MySQL5.7中乐观写入的执行流程

  • ①乐观写入之前首先会对B+Tree加一个共享锁。
  • ②在基于树检索修改位置的过程中，对于所有走过的叶节点会加一个共享锁。
  • ③找到需要写入数据的目标叶子节点后，先加一个排他锁，释放步骤②上加的所有共享锁。
  • ④修改目标叶子节点中的数据后，释放对应叶子节点上的排他锁。

MySQL5.7中悲观写入的执行流程

  • ①悲观更新之前首先会对B+Tree加一个共享排他锁。
  • ②由于①上已经加了SX锁，因此当前事务执行过程中会阻塞其他尝试更改树结构的事务。
  • ③遍历查找需要写入数据的目标叶子节点，找到后对其分支加上排他锁，释放①中加的SX锁。
  • ④执行SMO操作，也就是执行悲观写入操作，完成后释放步骤③中在分支上加的排他锁。

如果需要修改多个数据时，会在遍历查找的过程中，记录下所有要修改的目标节点。

MySQL5.7中并发事务冲突分析

观察上述讲到的三种执行情况，对于读操作、乐观写入操作而言，并不会加SX锁，共享排他锁仅针对于悲观写入操作会加，由于读操作、乐观写入执行前对整颗树加的是S锁，因此悲观写入时加的SX锁并不会阻塞乐观写入和读操作，但当另一个事务尝试执行SMO操作变更树结构时，也需要先对树加上一个SX锁，这时两个悲观写入的并发事务就会出现冲突，新来的事务会被阻塞。

但是要注意：当第一个事务寻找到要修改的节点后，会对其分支加上X锁，紧接着会释放B+Tree上的SX锁，这时另外一个执行SMO操作的事务就能获取SX锁啦！

其实从上述中可能得知一点：MySQL5.7版本引入共享排他锁之后，解决了5.6版本发生SMO操作时阻塞一切读写操作的问题，这样能够在一定程度上提升了InnoDB表的并发性能。

最后要注意：虽然一个执行悲观写入的事务，找到了要更新/插入数据的节点后会释放SX锁，但是会对其上级的叶节点（叶分支）加上排他锁，因此正在发生SMO操作的叶分支，依旧是会阻塞所有的读写行为！

上面这句话啥意思呢？也就是当一个要读取的数据，位于正在执行SMO操作的叶分支中时，依旧会被阻塞。

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