MySQL的锁类型，表锁，行锁，MVCC中所使用的临键锁

于眠牧北
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前言

1、记录锁和间隙锁需要理解索引底层结构，推荐B站博主蓝不过海呀动画讲解视频：MySQL索引底层使用的B+树结构
2、数据库事务并发调度：数据库事务是并发的，同一时刻可以有多个事务共同执行
3、可以先看MVCC是怎么实现的，MVCC是无锁实现并发控制

锁分类

以操作类型划分

  • 写锁（排他锁/X锁）：写数据前给表加锁
  • 读锁（共享锁/S锁）：读数据前给表加锁

以锁粒度划分

  • 全局锁：锁定数据库中所有的表
  • 表级锁：锁定数据库中指定的一张表
    • 表锁：写锁或者读锁
    • 元数据锁：锁定表结构，在锁定期间，不允许进行CRUD操作
    • 意向锁：使用意向锁可以支持多粒度锁，写锁和读锁同时存在且不用整表检查是否加锁，减小加锁解锁开销，提高并发度
      • 意向排他锁（IX）
      • 意向共享锁（IS）
  • 行级锁：锁定数据库表中某一行或者多行记录
    • 记录锁（行锁）：锁定一行记录，RR，RC隔离级别下支持
    • 间隙锁：锁定某个范围内的行记录，比如主键ID存在1，3，5，6；查找ID为4的数据时，会将ID（3，5）的记录加锁，防止在读取过程中其他事务执行insert出现幻读现象，RR隔离级别下支持
    • 临键锁：临键锁=记录锁+间隙锁，是RR隔离级别下MVCC为了防止幻读所使用的锁

以实现思想划分

  • 乐观锁：认为一定不会发生冲突，在操作数据前不加锁，如果发现冲突，就重试或者根据调用方的冲突解决方法去执行
  • 悲观锁：认为一定会发生冲突，再操作数据前先加锁，MySQL中的锁类型都可以认为是悲观锁的体现

以加锁形式划分

  • 显示锁：通过SQL语句for update，for share进行加锁
  • 隐式锁：不同数据库引擎的隔离级别下，执行update，select等SQL语句默认加锁

封锁协议

仅看锁的实现可以跳过这里
封锁协议：数据库封锁协议和两段锁协议

下面是介绍锁的具体实现 如果是显示加锁，请记得一定要手动解锁，不然事务会持续占有锁，导致后续事务无法执行，消耗CPU资源，隐式锁在事务执行commit时会自动解锁

全局锁

对整个数据库进行加锁，一般用于数据库备份期间禁止其他事务执行SQL语句，防止备份过程中出现数据不一致

实现示例

# 加全局锁
flush tables with read lock;

# 数据备份，物理备份
mysqldump -u 用户名 -p 数据库名 > C:\Users\yun\Desktop\数据库名.sql;

# 释放全局锁
unlock tables;

mysqldump命令是在安装MySQL的bin目录下有一个mysqldump.exe，可以将这个命令添加到环境变量，然后win环境下在cmd窗口执行

表级锁

表锁

读锁

lock tables 表名 read

写锁

lock tables 表名 write

示例

  • 事务A：先对user表加读锁，查询user表信息
  • 事务B：查询user表信息，修改ID5的age为20，获取写锁

1、事务A先加了读锁，加完后事务A和事务B读操作都不会被阻塞，事务B再执行写操作，发现回车后一直是空白，表示当前执行被阻塞了

image.png 2、事务A释放读锁后，事务B写操作才执行成功

image.png 3、事务B获取写锁，事务A执行查询和更新操作，可以看到事务A的读写都被阻塞，同样是释放锁之后，事务A执行成功

image.png image.png

元数据锁

元数据锁主要是锁表的结构，防止在进行数据库备份或者表备份时执行了CRUD操作导致的数据不一致问题，日常使用可能没有太多感觉，这里不做介绍，感兴趣可以跳转到目录参考文章查看

意向锁

为什么需要意向锁

在对数据库表加表锁时，需要遍历表中每一行记录看看是不是加了行锁，如果已加行锁需要进行等待，当表数据量达到一定程度时，遍历的时间会加长，同时，如果遍历的过程中，已遍历的数据出现了加锁现象（数据库事务是并发执行的），那这种情况是不是又要重新遍历一遍，如此循环反复，那就出现了死循环了

引入意向锁后，在加行锁前，先获取到对应的意向锁；对表加表锁时，只需要判断是否存在冲突的意向锁，存在就阻塞，就不用遍历了

加锁方式

  • 意向共享锁IS
select * from user lock in share mode;
  • 意向排他锁IX
# 所有的更新操作语句都是:
insert into user ...;
update user set ...;
delete from user ...;
# select 语句写法
select * from user for update;

不同意向锁之间的共存

已持有锁 \ 请求锁共享锁（S）排他锁（X）意向共享锁（IS）意向排他锁（IX）
共享锁（S）兼容不兼容兼容不兼容
排他锁（X）不兼容不兼容不兼容不兼容
意向共享锁（IS）兼容不兼容兼容兼容
意向排他锁（IX）不兼容不兼容兼容兼容

意向锁之间共存，只有在加完后确定要加X或者S锁时才会发生冲突触发检查

示例

示例一：

  • 事务A：对user表加意向共享锁，读数据
  • 事务B：对user表加意向排他锁

这里为什么事务B加意向排他锁会被阻塞，不是意向锁之间共存吗？ 原因是因为这里查询的是一整张表，事务A在对表user加意向共享锁IS后，查询数据时对表user加了S锁，事务B在对表加意向排他锁IX之后，由于S锁和意向排他锁IX不兼容，所以进行了阻塞等待，再往下看另外一个例子

image.png 示例二：

  • 事务A：对表user中ID5的数据加意向共享锁，查询数据
  • 事务B：对表user中ID4的数据加意向共享锁，查询数据，对ID3加意向排他锁同时修改年龄为22，修改ID5的数据

在user表中，由于使用了where查询，且id为主键，使用到了聚簇索引，在此索引基础上，使用意向锁时，加的S锁或者X锁就是行级S锁、行级X锁；在事务A、B并发执行过程中，查询时先校验是否可以获取到IS锁，在写入时判断是否可以获取到IX锁，具体执行过程中还需要对对应数据加S锁或者X锁

注意在事务B中，先对ID3加了意向共享锁，后加了意向排他锁，为什么IX没有被阻塞，因为同一个事务中，数据库引擎会将锁优化成意向排他锁，意向锁更像是告诉别的事务，我可能做什么，而自身事务中，不会出现修改冲突

image.png image.png

S锁和X锁可以是表级别，也可以是行级别，看查询语句是什么样的，这里更深层次的原因其实是索引树的原理，感兴趣可以查看索引的底层结构，当查询全表时，那S锁就是表级别，当查询的是具体的一条记录时，比如使用主键进行查询，以MySQL为例，索引树的叶子节点存储的是主键所在的地址，那就可以回表进行查询，这时候S锁就是行级别

行级锁

记录锁

其实可以理解为S锁和X锁，只不过这里锁定的是指定的行记录而不是整张表

# 行级S锁
select * from user where id = 5 lock in share mode;
# 行级X锁
update user set age = 18 where id = 5;

示例

  • 事务A：对ID5记录加写锁
  • 事务B：对ID3记录加读锁

事务A对ID5加排他锁后，事务B想要再加排他锁时会阻塞，但是对ID3加共享锁可以，对ID2加排他锁也可以

image.png

间隙锁

间隙锁相当于给区间加锁，以下面这张图为例，数据库中存在主键1,3,5,7,9，索引树底层叶子节点如下，注意此时表中没有ID为4的记录，那如果现在有两个事务要插入ID为4的记录怎么办？两个事务并发插入会触发主键冲突

这时候引入的间隙锁，事务A把ID为3的记录到ID为5的记录一整个区间(3,5)进行锁定注意这里左右取开区间，然后插入ID为4的记录，此时事务B再插入ID4的记录由于没有获取到锁就会失败 在这里插入图片描述

示例

表user现在有ID从1-5的记录，删除记录3，记录4

  • 事务A：给2-5记录加间隙锁，插入记录4
  • 事务B：插入记录3，记录4

事务A给ID4的记录加锁后，由于记录不存在，锁优化成了间隙锁（2，5）区间加锁，如果加的不是间隙锁，事务B在进行ID3记录插入时应该是成功的而不是失败，因为在事务A中我们执行的是ID4的记录加锁

image.png

临键锁(Next-Key Lock)

间隙锁的升级版本，也是MVCC解决幻读问题所使用的一种方式，由记录锁和间隙锁共同构成，临键锁锁定的区间是左开右闭(2,5]，其实现方式和间隙锁相同

乐观锁和悲观锁

乐观锁是无锁的实现方式，基于CAS思想，MySQL通过在数据库表中加version字段实现，每一次写操作需要对比version是否为原先读取的值，同时SQL执行成功后需要对version+1

CAS思想

CAS（Compare And Swap，比较并交换）思想，是一种无锁并发控制思想，实现逻辑是通过预留值进行比较，新值等于预期旧值认为是没有被更改过，可以执行

仅当内存中变量V的实际值 等于 预期旧值A时，才将V更新为目标新值B；如果不相等，说明变量已被其他线程 / 事务修改，本次更新直接放弃或者重试（不阻塞、不报错）

示例

数据库表：

create table user (
 `id` bigint NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键ID',
 `username` varchar(20) DEFAULT NULL COMMENT '用户名',
 `age` int DEFAULT NULL COMMENT '年龄',
 `sex` int DEFAULT NULL COMMENT '性别：0-男，1-女',
 `address` varchar(15) DEFAULT NULL COMMENT '地址',
 `version` bigint NOT NULL COMMENT '版本号', 
 PRIMARY KEY (`id`),
);

初始记录：

idusernameagesexaddressversion
1xiaoming180广东省0

1、事务A读取ID1的version为0

select * from user;

2、事务B读取ID1的version为0

select * from user;

3、事务B更新age为20，每一次写操作需要比较version是否为一开始读取的值，成功匹配执行之后version需要加1

update user set age = 20, version = version + 1 where id = 1 and version = 0;

4、注意此时version为1，记录变更为：

idusernameagesexaddressversion
1xiaoming200广东省1

5、当事务A更改age为22时，会更新失败，因为此时version不再是0

update user set age = 22, version = version + 1 where id = 1 and version = 0;

悲观锁

加锁的的形式都是悲观锁的体现，不管是哪种类型的锁

总结

由于乐观锁需要额外维护一个字段，且当冲突发生时需要不断重试，在高并发场景会比较消耗资源，因此应用场景为读操作比较多的，大部分场景还是使用的悲观锁，即各种锁的类型

参考文章

文章参考自MySQL锁、加锁机制（超详细）—— 锁分类、全局锁、共享锁、排他锁；表锁、元数据锁、意向锁；行锁、间隙锁、临键锁；乐观锁、悲观锁，这篇文章讲解更加详细，同时也感谢此篇文章的作者，数据库锁的种类繁多，文章对于锁的介绍很详细，受益匪浅。

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