MySQL锁的粒度

1,锁的粒度

我们前边提到的锁都是针对记录的,也可以被称之为行级锁或者行锁,对一条记录加锁影响的也只是这条记录而已,我们就说这个锁的粒度比较细;其实一个事务也可以在表级别进行加锁,自然就被称之为表级锁或者表锁,对一个表加锁影响整个表中的记录,我们就说这个锁的粒度比较粗。给表加的锁也可以分为共享锁(S锁)和独占锁(X锁)

1.1,表锁与行锁的比较

锁定粒度:表锁 > 行锁

加锁效率:表锁 > 行锁

冲突概率:表锁 > 行锁

并发性能:表锁 < 行锁

1.2,给表加S锁

如果一个事务给表加了S锁,那么:

别的事务可以继续获得该表的S锁

别的事务可以继续获得该表中的某些记录的S锁

别的事务不可以继续获得该表的X锁

别的事务不可以继续获得该表中的某些记录的X锁

1.3,给表加X锁

如果一个事务给表加了X锁(意味着该事务要独占这个表),那么:

别的事务不可以继续获得该表的S锁

别的事务不可以继续获得该表中的某些记录的S锁

别的事务不可以继续获得该表的X锁

别的事务不可以继续获得该表中的某些记录的X锁。

为了更好的理解这个表级别的S锁和X锁和后面的意向锁,我们举一个现实生活中的例子。我们用曾经很火爆的互联网风口项目共享Office来说明加锁:

共享Office有栋大楼,楼自然有很多层。办公室都是共享的,客户可以随便选办公室办公。每层楼可以容纳客户同时办公,每当一个客户进去办公,就相当于在每层的入口处挂了一把S锁,如果很多客户进去办公,相当于每层的入口处挂了很多把S锁(类似行级别的S锁)。

有的时候楼层会进行检修,比方说换地板,换天花板,检查水电啥的,这些维修项目并不能同时开展。如果楼层针对某个项目进行检修,就不允许客户来办公,也不允许其他维修项目进行,此时相当于楼层门口会挂一把X锁(类似行级别的X锁)。

上边提到的这两种锁都是针对楼层而言的,不过有时候我们会有一些特殊的需求:

A、有投资人要来考察Office的环境。

投资人和公司并不想影响客户进去办公,但是此时不能有楼层进行检修,所以可以在大楼门口放置一把S锁(类似表级别的S锁)。此时:

来办公的客户们看到大楼门口有S锁,可以继续进入大楼办公。

修理工看到大楼门口有S锁,则先在大楼门口等着,啥时候投资人走了,把大楼的S锁撤掉再进入大楼维修。

B、公司要和房东谈条件。

此时不允许大楼中有正在办公的楼层,也不允许对楼层进行维修。所以可以在大楼门口放置一把X锁(类似表级别的X锁)。此时:

来办公的客户们看到大楼门口有X锁,则需要在大楼门口等着,啥时候条件谈好,把大楼的X锁撤掉再进入大楼办公。

修理工看到大楼门口有X锁,则先在大楼门口等着,啥时候谈判结束,把大楼的X锁撤掉再进入大楼维修。

2,意向锁

但是在上面的例子这里头有两个问题:

如果我们想对大楼整体上S锁,首先需要确保大楼中的没有正在维修的楼层,如果有正在维修的楼层,需要等到维修结束才可以对大楼整体上S锁。

如果我们想对大楼整体上X锁,首先需要确保大楼中的没有办公的楼层以及正在维修的楼层,如果有办公的楼层或者正在维修的楼层,需要等到全部办公的同学都办公离开,以及维修工维修完楼层离开后才可以对大楼整体上X锁。

我们在对大楼整体上锁(表锁)时,怎么知道大楼中有没有楼层已经被上锁(行锁)了呢?依次检查每一楼层门口有没有上锁?那这效率也太慢了吧!于是InnoDB提出了一种意向锁(英文名:Intention Locks):

意向共享锁 ,英文名:Intention Shared Lock,简称IS锁。当事务准备在某条记录上加S锁时,需要先在表级别加一个IS锁。

意向独占锁 ,英文名:Intention Exclusive Lock,简称IX锁。当事务准备在某条记录上加X锁时,需要先在表级别加一个IX锁。

视角回到大楼和楼层上来:

如果有客户到楼层中办公,那么他先在整栋大楼门口放一把IS锁(表级锁),然后再到楼层门口放一把S锁(行锁)。

如果有维修工到楼层中维修,那么它先在整栋大楼门口放一把IX锁(表级锁),然后再到楼层门口放一把X锁(行锁)。

之后:

如果有投资人要参观大楼,也就是想在大楼门口前放S锁(表锁)时,首先要看一下大楼门口有没有IX锁,如果有,意味着有楼层在维修,需要等到维修结束把IX锁撤掉后才可以在整栋大楼上加S锁。

如果有谈条件要占用大楼,也就是想在大楼门口前放X锁(表锁)时,首先要看一下大楼门口有没有IS锁或IX锁,如果有,意味着有楼层在办公或者维修,需要等到客户们办完公以及维修结束把IS锁和IX锁撤掉后才可以在整栋大楼上加X锁。

注意: 客户在大楼门口加IS锁时,是不关心大楼门口是否有IX锁的,维修工在大楼门口加IX锁时,是不关心大楼门口是否有IS锁或者其他IX锁的。IS和IX锁只是为了判断当前时间大楼里有没有被占用的楼层用的,也就是在对大楼加S锁或者X锁时才会用到。

总结一下:IS、IX锁是表级锁,它们的提出仅仅为了在之后加表级别的S锁和X锁时可以快速判断表中的记录是否被上锁,以避免用遍历的方式来查看表中有没有上锁的记录。就是说其实IS锁和IX锁是兼容的,IX锁和IX锁是兼容的。我们画个表来看一下表级别的各种锁的兼容性:

兼容性 X IX S IS
X 不兼容 不兼容 不兼容 不兼容
IX 不兼容 不兼容
S 不兼容 不兼容
IS 不兼容

锁的组合性:(意向锁没有行锁

组合性 X IX S IS
表锁
行锁

3,MySQL中的行锁和表锁

MySQL支持多种存储引擎,不同存储引擎对锁的支持也是不一样的。当然,我们重点还是讨论InnoDB存储引擎中的锁,其他的存储引擎只是稍微看看。

3.1,其他存储引擎中的锁

对于MyISAM、MEMORY、MERGE这些存储引擎来说,它们只支持表级锁,而且这些引擎并不支持事务,所以使用这些存储引擎的锁一般都是针对当前会话来说的。比方说在Session 1中对一个表执行SELECT操作,就相当于为这个表加了一个表级别的S锁,如果在SELECT操作未完成时,Session 2中对这个表执行UPDATE操作,相当于要获取表的X锁,此操作会被阻塞,直到Session 1中的SELECT操作完成,释放掉表级别的S锁后,Session 2中对这个表执行UPDATE操作才能继续获取X锁,然后执行具体的更新语句。

因为使用MyISAM、MEMORY、MERGE这些存储引擎的表在同一时刻只允许一个会话对表进行写操作,所以这些存储引擎实际上最好用在只读,或者大部分都是读操作,或者单用户的情景下。 另外,在MyISAM存储引擎中有一个称之为Concurrent Inserts的特性,支持在对MyISAM表读取时同时插入记录,这样可以提升一些插入速度。关于更多Concurrent Inserts的细节,详情可以参考文档。

3.2,InnoDB存储引擎中的锁

InnoDB存储引擎既支持表锁,也支持行锁。表锁实现简单,占用资源较少,不过粒度很粗,有时候你仅仅需要锁住几条记录,但使用表锁的话相当于为表中的所有记录都加锁,所以性能比较差。行锁粒度更细,可以实现更精准的并发控制。下边我们详细看一下。

3.2.1,InnoDB中的表级锁

3.2.1.1,表级别的S锁、X锁、元数据锁

在对某个表执行SELECT、INSERT、DELETE、UPDATE语句时,InnoDB存储引擎是不会为这个表添加表级别的S锁或者X锁的。

另外,在对某个表执行一些诸如ALTER TABLE、DROP TABLE这类的DDL语句时,其他事务对这个表并发执行诸如SELECT、INSERT、DELETE、UPDATE的语句会发生阻塞,同理,某个事务中对某个表执行SELECT、INSERT、DELETE、UPDATE语句时,在其他会话中对这个表执行DDL语句也会发生阻塞。这个过程其实是通过在server层使用一种称之为元数据锁(英文名:Metadata Locks,简称MDL)来实现的,一般情况下也不会使用InnoDB存储引擎自己提供的表级别的S锁和X锁。

其实这个InnoDB存储引擎提供的表级S锁或者X锁是相当鸡肋,只会在一些特殊情况下,比方说崩溃恢复过程中用到。不过我们还是可以手动获取一下的,比方说在系统变量autocommit=0,innodb_table_locks = 1时,手动获取InnoDB存储引擎提供的表t的S锁或者X锁可以这么写:

LOCK TABLES t READ:InnoDB存储引擎会对表t加表级别的S锁。

LOCK TABLES t WRITE:InnoDB存储引擎会对表t加表级别的X锁。

请尽量避免在使用InnoDB存储引擎的表上使用LOCK TABLES这样的手动锁表语句,它们并不会提供什么额外的保护,只是会降低并发能力而已。

3.2.1.2,表级别的IS锁、IX锁

当我们在对使用InnoDB存储引擎的表的某些记录加S锁之前,那就需要先在表级别加一个IS锁,当我们在对使用InnoDB存储引擎的表的某些记录加X锁之前,那就需要先在表级别加一个IX锁。

IS锁和IX锁的使命只是为了后续在加表级别的S锁和X锁时判断表中是否有已经被加锁的记录,以避免用遍历的方式来查看表中有没有上锁的记录。我们并不能手动添加意向锁,只能由InnoDB存储引擎自行添加。

3.2.1.3,表级别的AUTO-INC锁

在使用MySQL过程中,我们可以为表的某个列添加AUTO_INCREMENT属性,之后在插入记录时,可以不指定该列的值,系统会自动为它赋上递增的值系统实现这种自动给AUTO_INCREMENT修饰的列递增赋值的原理主要是两个:

1、采用AUTO-INC锁,也就是在执行插入语句时就在表级别加一个AUTO-INC锁,然后为每条待插入记录的AUTO_INCREMENT修饰的列分配递增的值,在该语句执行结束后,再把AUTO-INC锁释放掉。这样一个事务在持有AUTO-INC锁的过程中,其他事务的插入语句都要被阻塞,可以保证一个语句中分配的递增值是连续的。

如果我们的插入语句在执行前不可以确定具体要插入多少条记录(无法预计即将插入记录的数量),比方说使用INSERT ... SELECT、REPLACE ... SELECT或者LOAD DATA这种插入语句,一般是使用AUTO-INC锁为AUTO_INCREMENT修饰的列生成对应的值。

2、采用一个轻量级的锁,在为插入语句生成AUTO_INCREMENT修饰的列的值时获取一下这个轻量级锁,然后生成本次插入语句需要用到的AUTO_INCREMENT列的值之后,就把该轻量级锁释放掉,并不需要等到整个插入语句执行完才释放锁。

如果我们的插入语句在执行前就可以确定具体要插入多少条记录,比方说我们上边举的关于表t的例子中,在语句执行前就可以确定要插入2条记录,那么一般采用轻量级锁的方式对AUTO_INCREMENT修饰的列进行赋值。这种方式可以避免锁定表,可以提升插入性能。

InnoDB提供了一个称之为innodb_autoinc_lock_mode的系统变量来控制到底使用上述两种方式中的哪种来为AUTO_INCREMENT修饰的列进行赋值,当innodb_autoinc_lock_mode值为0时,一律采用AUTO-INC锁;当innodb_autoinc_lock_mode值为2时,一律采用轻量级锁;当innodb_autoinc_lock_mode值为1时,两种方式混着来(也就是在插入记录数量确定时采用轻量级锁,不确定时使用AUTO-INC锁)。

不过当innodb_autoinc_lock_mode值为2时,可能会造成不同事务中的插入语句为AUTO_INCREMENT修饰的列生成的值是交叉的,在有主从复制的场景中是不安全的。

show variables like 'innodb_autoinc_lock_mode' ;

MySQL5.7.X中缺省为1。

3.2.2,InnoDB中的行级锁

行锁,也称为记录锁,顾名思义就是在记录上加的锁。但是要注意,这个记录指的是通过给索引上的索引项加锁。InnoDB 这种行锁实现特点意味着:只有通过索引条件检索数据,InnoDB 才使用行级锁,否则,InnoDB 将使用表锁。

不论是使用主键索引、唯一索引或普通索引,InnoDB都会使用行锁来对数据加锁。

只有执行计划真正使用了索引,才能使用行锁:即便在条件中使用了索引字段,但是否使用索引来检索数据是由 MySQL 通过判断不同执行计划的代价来决定的,如果 MySQL认为全表扫描效率更高,比如对一些很小的表,它就不会使用索引,这种情况下 InnoDB 将使用表锁,而不是行锁。

同时当我们用范围条件而不是相等条件检索数据,并请求锁时,InnoDB会给符合条件的已有数据记录的索引项加锁。

不过即使是行锁,InnoDB里也是分成了各种类型的。换句话说即使对同一条记录加行锁,如果类型不同,起到的功效也是不同的。我们使用前面的teacher,增加一个索引,并插入几条记录。

INDEX  `idx_number`(`number`)

我们来看看都有哪些常用的行锁类型。

Record Locks

也叫记录锁,就是仅仅把一条记录锁上,官方的类型名称为:LOCK_REC_NOT_GAP。比方说我们把number值为6的那条记录加一个记录锁的示意图如下:

记录锁是有S锁和X锁之分的,当一个事务获取了一条记录的S型记录锁后,其他事务也可以继续获取该记录的S型记录锁,但不可以继续获取X型记录锁;当一个事务获取了一条记录的X型记录锁后,其他事务既不可以继续获取该记录的S型记录锁,也不可以继续获取X型记录锁;

Gap Locks

我们说MySQL在REPEATABLE READ隔离级别下是可以解决幻读问题的,解决方案有两种,可以使用MVCC方案解决,也可以采用加锁方案解决。但是在使用加锁方案解决时有问题,就是事务在第一次执行读取操作时,那些幻影记录尚不存在,我们无法给这些幻影记录加上记录锁。InnoDB提出了一种称之为Gap Locks的锁,官方的类型名称为:LOCK_GAP,我们也可以简称为gap锁。

间隙锁实质上是对索引前后的间隙上锁,不对索引本身上锁。

会话1开启一个事务,执行

begin;
update teacher set domain ='JVM' where number='6';

会对2~6之间和6到10之间进行上锁。

如图中为2~6和 6 ~ 10的记录加了gap锁,意味着不允许别的事务在这条记录前后间隙插入新记录。

begin;
insert into teacher value(7,'晁','docker');

为什么不能插入?因为记录(7,'晁','docker')要 插入的话,在索引idx_number上,刚好落在6 ~ 10之间,是有锁的,当然不允许插入。

但是当SQL语句变为:insert into teacher value(70,'晁','docker');能插入吗?

当然能,因为70这条记录不在被锁的区间内。

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