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浅析MySQL的表锁和行锁机制

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众所周知,MySQL的存储引擎有MyISAM和InnoDB,锁粒度分别是表锁和行锁。

后者的出现从某种程度上是弥补前者的不足,比如:MyISAM不支持事务,InnoDB支持事务。表锁虽然开销小,锁表快,但高并发下性能低。行锁虽然开销大,锁表慢,但高并发下相比之下性能更高。事务和行锁都是在确保数据准确的基础上提高并发的处理能力。下面分别进行介绍:

行锁

行锁的劣势:

  • 开销大;
  • 加锁慢;
  • 会出现死锁

行锁的优势:

  • 锁的粒度小,发生锁冲突的概率低;
  • 处理并发的能力强

加锁的方式:

  • 自动加锁:对于UPDATE、DELETE和INSERT语句,InnoDB会自动给涉及数据集加排他锁;
  • 无锁:对于普通SELECT语句,InnoDB不会加任何锁;当然我们也可以显示的加锁:
  • 共享锁:select * from tableName where … + lock in share more
  • 排他锁:select * from tableName where … + for update

InnoDB和MyISAM的最大不同点有两个:

  • InnoDB支持事务(transaction);
  • 默认采用行级锁。

加锁可以保证事务的一致性,下面我们来学习一下MySQL的事务知识.

MySQL 事务属性

事务是由一组SQL语句组成的逻辑处理单元,事务具有ACID属性。 原子性(Atomicity):事务是一个原子操作单元。在当时原子是不可分割的最小元素,其对数据的修改,要么全部成功,要么全部都不成功。 一致性(Consistent):事务开始到结束的时间段内,数据都必须保持一致状态。 隔离性(Isolation):数据库系统提供一定的隔离机制,保证事务在不受外部并发操作影响的”独立”环境执行。 持久性(Durable):事务完成后,它对于数据的修改是永久性的,即使出现系统故障也能够保持。

事务常见问题

更新丢失(Lost Update) 原因:当多个事务选择同一行操作,并且都是基于最初选定的值,由于每个事务都不知道其他事务的存在,就会发生更新覆盖的问题。类比github提交冲突。

脏读(Dirty Reads) 原因:事务A读取了事务B已经修改但尚未提交的数据。若事务B回滚数据,事务A的数据存在不一致性的问题。

不可重复读(Non-Repeatable Reads) 原因:事务A第一次读取最初数据,第二次读取事务B已经提交的修改或删除数据。导致两次读取数据不一致。不符合事务的隔离性。

幻读(Phantom Reads) 原因:事务A根据相同条件第二次查询到事务B提交的新增数据,两次数据结果集不一致。不符合事务的隔离性。

幻读和脏读有点类似 脏读是事务B里面修改了数据, 幻读是事务B里面新增了数据。

事务的隔离级别

数据库的事务隔离越严格,并发副作用越小,但付出的代价也就越大。这是因为事务隔离实质上是将事务在一定程度上”串行”进行,这显然与”并发”是矛盾的。根据自己的业务逻辑,权衡能接受的最大副作用。从而平衡了”隔离” 和 “并发”的问题。MySQL默认隔离级别是可重复读。 脏读,不可重复读,幻读,其实都是数据库读一致性问题,必须由数据库提供一定的事务隔离机制来解决。

+------------------------------+---------------------+--------------+--------------+--------------+
| 隔离级别 | 读数据一致性 | 脏读 | 不可重复 读 | 幻读 |
+------------------------------+---------------------+--------------+--------------+--------------+
| 未提交读(Read uncommitted) | 最低级别 | 是 | 是 | 是 |
+------------------------------+---------------------+--------------+--------------+--------------+
| 已提交读(Read committed) | 语句级 | 否 | 是 | 是 |
+------------------------------+---------------------+--------------+--------------+--------------+
| 可重复读(Repeatable read) | 事务级 | 否 | 否 | 是 |
+------------------------------+---------------------+--------------+--------------+--------------+
| 可序列化(Serializable) | 最高级别,事务级 | 否 | 否 | 否 |
+------------------------------+---------------------+--------------+--------------+--------------+
复制代码

查看当前数据库的事务隔离级别:show variables like ‘tx_isolation’;

mysql> show variables like 'tx_isolation';
+---------------+-----------------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-----------------+
| tx_isolation | REPEATABLE-READ |
+---------------+-----------------+
复制代码

间隙锁

当我们用范围条件检索数据,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(GAP)”。InnoDB也会对这个”间隙”加锁,这种锁机制就是所谓的间隙锁(Next-Key锁)。

Transaction-A
mysql> update innodb_lock set k=66 where id >=6;
Query OK, 1 row affected (0.63 sec)
mysql> commit;

Transaction-B
mysql> insert into innodb_lock (id,k,v) values(7,'7','7000');
Query OK, 1 row affected (18.99 sec)
复制代码

危害(坑):若执行的条件是范围过大,则InnoDB会将整个范围内所有的索引键值全部锁定,很容易对性能造成影响

排他锁

排他锁,也称写锁,独占锁,当前写操作没有完成前,它会阻断其他写锁和读锁。

浅析MySQL的表锁和行锁机制

# Transaction_A
mysql> set autocommit=0;
mysql> select * from innodb_lock where id=4 for update;
+----+------+------+
| id | k | v |
+----+------+------+
| 4 | 4 | 4000 |
+----+------+------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> update innodb_lock set v='4001' where id=4;
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
Rows matched: 1 Changed: 1 Warnings: 0

mysql> commit;
Query OK, 0 rows affected (0.04 sec)
# Transaction_B
mysql> select * from innodb_lock where id=4 for update;
+----+------+------+
| id | k | v |
+----+------+------+
| 4 | 4 | 4001 |
+----+------+------+
1 row in set (9.53 sec)

共享锁

共享锁,也称读锁,多用于判断数据是否存在,多个读操作可以同时进行而不会互相影响。当如果事务对读锁进行修改操作,很可能会造成死锁。如下图所示。

浅析MySQL的表锁和行锁机制

# Transaction_A
mysql> set autocommit=0;
mysql> select * from innodb_lock where id=4 lock in share mode;
+----+------+------+
| id | k | v |
+----+------+------+
| 4 | 4 | 4001 |
+----+------+------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> update innodb_lock set v='4002' where id=4;
Query OK, 1 row affected (31.29 sec)
Rows matched: 1 Changed: 1 Warnings: 0
# Transaction_B
mysql> set autocommit=0;
mysql> select * from innodb_lock where id=4 lock in share mode;
+----+------+------+
| id | k | v |
+----+------+------+
| 4 | 4 | 4001 |
+----+------+------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> update innodb_lock set v='4002' where id=4;
ERROR 1213 (40001): Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction

分析行锁定

通过检查InnoDB_row_lock 状态变量分析系统上的行锁的争夺情况 show status like ‘innodb_row_lock%’

mysql> show status like 'innodb_row_lock%';
+-------------------------------+-------+
| Variable_name | Value |
+-------------------------------+-------+
| Innodb_row_lock_current_waits | 0 |
| Innodb_row_lock_time | 0 |
| Innodb_row_lock_time_avg | 0 |
| Innodb_row_lock_time_max | 0 |
| Innodb_row_lock_waits | 0 |
+-------------------------------+-------+
复制代码

innodb_row_lock_current_waits: 当前正在等待锁定的数量 innodb_row_lock_time: 从系统启动到现在锁定总时间长度;非常重要的参数, innodb_row_lock_time_avg: 每次等待所花平均时间;非常重要的参数, innodb_row_lock_time_max: 从系统启动到现在等待最常的一次所花的时间; innodb_row_lock_waits: 系统启动后到现在总共等待的次数;非常重要的参数。直接决定优化的方向和策略。

行锁优化

1 尽可能让所有数据检索都通过索引来完成,避免无索引行或索引失效导致行锁升级为表锁。 2 尽可能避免间隙锁带来的性能下降,减少或使用合理的检索范围。 3 尽可能减少事务的粒度,比如控制事务大小,而从减少锁定资源量和时间长度,从而减少锁的竞争等,提供性能。 4 尽可能低级别事务隔离,隔离级别越高,并发的处理能力越低。

表锁

表锁的优势:开销小;加锁快;无死锁 表锁的劣势:锁粒度大,发生锁冲突的概率高,并发处理能力低 加锁的方式:自动加锁。查询操作(SELECT),会自动给涉及的所有表加读锁,更新操作(UPDATE、DELETE、INSERT),会自动给涉及的表加写锁。也可以显示加锁: 共享读锁:lock table tableName read; 独占写锁:lock table tableName write; 批量解锁:unlock tables;

共享读锁

对MyISAM表的读操作(加读锁),不会阻塞其他进程对同一表的读操作,但会阻塞对同一表的写操作。只有当读锁释放后,才能执行其他进程的写操作。在锁释放前不能取其他表。

浅析MySQL的表锁和行锁机制

Transaction-A
mysql> lock table myisam_lock read;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from myisam_lock;
9 rows in set (0.00 sec)

mysql> select * from innodb_lock;
ERROR 1100 (HY000): Table 'innodb_lock' was not locked with LOCK TABLES

mysql> update myisam_lock set v='1001' where k='1';
ERROR 1099 (HY000): Table 'myisam_lock' was locked with a READ lock and can't be updated

mysql> unlock tables;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
Transaction-B
mysql> select * from myisam_lock;
9 rows in set (0.00 sec)

mysql> select * from innodb_lock;
8 rows in set (0.01 sec)

mysql> update myisam_lock set v='1001' where k='1';
Query OK, 1 row affected (18.67 sec)
复制代码

独占写锁

对MyISAM表的写操作(加写锁),会阻塞其他进程对同一表的读和写操作,只有当写锁释放后,才会执行其他进程的读写操作。在锁释放前不能写其他表。

浅析MySQL的表锁和行锁机制

Transaction-A
mysql> set autocommit=0;
Query OK, 0 rows affected (0.05 sec)

mysql> lock table myisam_lock write;
Query OK, 0 rows affected (0.03 sec)

mysql> update myisam_lock set v='2001' where k='2';
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

mysql> select * from myisam_lock;
9 rows in set (0.00 sec)

mysql> update innodb_lock set v='1001' where k='1';
ERROR 1100 (HY000): Table 'innodb_lock' was not locked with LOCK TABLES

mysql> unlock tables;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
Transaction-B
mysql> select * from myisam_lock;
9 rows in set (42.83 sec)

总结:表锁,读锁会阻塞写,不会阻塞读。而写锁则会把读写都阻塞

查看加锁情况

show open tables; 1表示加锁,0表示未加锁。

mysql> show open tables where in_use > 0;
+----------+-------------+--------+-------------+
| Database | Table | In_use | Name_locked |
+----------+-------------+--------+-------------+
| lock | myisam_lock | 1 | 0 |
+----------+-------------+--------+-------------+

分析表锁定

可以通过检查table_locks_waited 和 table_locks_immediate 状态变量分析系统上的表锁定:show status like ‘table_locks%’

mysql> show status like 'table_locks%';
+----------------------------+-------+
| Variable_name | Value |
+----------------------------+-------+
| Table_locks_immediate | 104 |
| Table_locks_waited | 0 |
+----------------------------+-------+

table_locks_immediate: 表示立即释放表锁数。 table_locks_waited: 表示需要等待的表锁数。此值越高则说明存在着越严重的表级锁争用情况。

此外,MyISAM的读写锁调度是写优先,这也是MyISAM不适合做写为主表的存储引擎。因为写锁后,其他线程不能做任何操作,大量的更新会使查询很难得到锁,从而造成永久阻塞。

什么场景下用表锁

InnoDB默认采用行锁,在未使用索引字段查询时升级为表锁。MySQL这样设计并不是给你挖坑。它有自己的设计目的。 即便你在条件中使用了索引字段,MySQL会根据自身的执行计划,考虑是否使用索引(所以explain命令中会有possible_key 和 key)。如果MySQL认为全表扫描效率更高,它就不会使用索引,这种情况下InnoDB将使用表锁,而不是行锁。因此,在分析锁冲突时,别忘了检查SQL的执行计划,以确认是否真正使用了索引。

第一种情况:全表更新。事务需要更新大部分或全部数据,且表又比较大。若使用行锁,会导致事务执行效率低,从而可能造成其他事务长时间锁等待和更多的锁冲突。

第二种情况:多表级联。事务涉及多个表,比较复杂的关联查询,很可能引起死锁,造成大量事务回滚。这种情况若能一次性锁定事务涉及的表,从而可以避免死锁、减少数据库因事务回滚带来的开销。

页锁

开销和加锁时间介于表锁和行锁之间;会出现死锁;锁定粒度介于表锁和行锁之间,并发处理能力一般。只需了解一下。

总结

1 InnoDB 支持表锁和行锁,使用索引作为检索条件修改数据时采用行锁,否则采用表锁。 2 InnoDB 自动给修改操作加锁,给查询操作不自动加锁 3 行锁可能因为未使用索引而升级为表锁,所以除了检查索引是否创建的同时,也需要通过explain执行计划查询索引是否被实际使用。 4 行锁相对于表锁来说,优势在于高并发场景下表现更突出,毕竟锁的粒度小。 5 当表的大部分数据需要被修改,或者是多表复杂关联查询时,建议使用表锁优于行锁。 6 为了保证数据的一致完整性,任何一个数据库都存在锁定机制。锁定机制的优劣直接影响到一个数据库的并发处理能力和性能。

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作者: 一航技术

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