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Mysql行锁、表锁 (2)—mysql进阶(六十九)
2023-02-07 09:45:50

前面说了解决并发事务访问有两种解决办法,一种用mvcc的版本链解决,读

的时候用版本链readView控制,写的时候加锁。一种是读写都加锁,比如只允许读取后数据的银行业务。锁又分为共享锁(s锁)和排它锁(x锁),锁的颗粒度分为表锁和行锁,所以当向上表的排他锁的时候,必须里面的行没有上x锁或者s锁,当然不是遍历所有行,于是在上行锁的时候,会有一个is和ix的锁,代表当前表上了行锁。

行锁、表锁

我们主要说的是innoDB存储引擎的锁,其他存储引擎也对锁支持,但是不一样,我们简单介绍下。

对于myISAM,memory,merge这些存储引擎来说,他们只支持表级锁,而且都不支持事务,所以这些存储引擎的锁一般只针对当前会话。比方说在session1中对一个表执行select操作,就相当于对这个表级别的加了个s锁,当session2要执行update操作,需要等session1的事务提交完,释放s锁,才能update给表上x锁。

(注意:因为myISAM,memory,merge这些存储引擎同一时刻只允许一个会话对表进行写的操作,所以这些存储引擎好用在只读,或者大部分读的操作或者单用户的场景。另外myISAM有一个concurrent inserts可以在读取的同时提升新增的速度)


innoDB存储引擎的锁

innoDB存储引擎即支持表锁,也支持行锁,表锁的颗粒度大,如果因为修改几条数据,而锁住整个表,这样肯定会影响性能,所以有行锁。


innoDB中表级别的锁

表级别的s锁和x锁,其实在对某个表select,update,delete,select并不会对这个表上s锁或者x锁。

另外,在对表执行一些alert table,drop table这类ddl语句时,其他事务对这个表并发执行的select,update,delete,select会发生阻塞,同理,其他事务在增删查改的时候,如果另一个事务执行ddl语句也会阻塞,但这不是表级别的锁造成的,实际是通过service层一种元数据锁(metadata locks,简称mdl)来实现的,一般情况下不会用innoDB提供的表级别锁。

其实这些表级别的锁非常鸡肋,只有一些特殊情况下会用到,比方说崩溃恢复的过程中。不过也可以手动获取,比方在autocommit=0,innodb_table_locks=1时,手动获取innoDB存储引擎表t的s锁和x锁可以这么写:

Lock table t read:innoDB存储引擎会对表t加表级别的s锁。

Lock table t write:innoDB存储引擎会对表t加表级别的x锁。

不过尽量避免手动获取表级别的锁,他们并不会提供什么额外的保护,反而还会降低并发能力。innoDB提供了颗粒度更细的行锁。


表级别的IS锁,IX锁

表级别的is锁和ix锁主要功能就是为了在给表级别上锁的时候,判断行锁是否存在而准备的,前面已经详细说过,就不赘述了。


表级别的AUTO-INC锁

在mysql过程中,我们可以为某个列添加auto_increment,之后插入记录,这个值就可以不写值,字节可以自动递增(这些默认大家都知道)。

正常都是id来让他自增,意味着插入的时候不需要给id赋值,系统实现它自增的原理主要两个方面:


1、采用auto_inc锁时候,也就是插入语句的时候增加一个auto_inc锁,然后为每条待插入auto_increment修饰的列分配一个值,在该语句执行完之后,在吧auto_inc锁释放。这样可以锁的过程中,其他事务阻塞,保证自增的值是连续的。

如果我们插入语句的时候不能确定插入多少值,比方说insert。。。select。。。一般使用auto_inc锁为auto_increment修饰的列生成对应的值。


注意重点:这个auto_inc是对单个插入语句上锁的,插入语句执行完就会释放,和之前说的事务执行完吧锁释放是不一样的。


2、采用一个轻量级的锁,在插入语句生成自增值的时候获取这个轻量级的锁,然后本次插入语句需要用到auto_increment列的值,就把该轻量级别的锁释放,并不需要等待整个插入语句执行完才释放锁。

如果我们在插入之前就知道插入多少数据,这时候就可以采用轻量级的锁对auto_increment列进行赋值,这样方式可以避免锁表,提升插入性能。


innoDB提供了系统变量innodb_autoinc_lock_mode来控制上诉两种方法哪种来auto_increment修饰的列进行赋值,当值为0的时候,一律采用auto_inc锁。当值为2的时候,一律采用轻量级的锁。当值为0的时候,两种方式混着来,也就是上面说的,确定插入数量的时候用轻量级别的锁,如果不确定,就用auto_inc来锁住表。不过当值为2的时候,会造成不同事务的插入值会交叉,主从复制的场景下是不安全的。


innoDB中的行级锁

好了,上面的铺垫了解之后,接下来我们才能读本篇文章的重点。

行锁,也称为记录锁,顾名思义就在记录上加锁。innoDB吧行锁分成了各种类型,换句话说,对同一条记录加锁,如果类型不同,那么起到的效果也是不同的。为了故事的顺利发展,我们还是吧之前mvcc用到的表在贴一遍。

CREATE TABLE hero (

number INT,

name VARCHAR(100),

country varchar(100),

PRIMARY KEY (number)

) Engine=InnoDB CHARSET=utf8;


INSERT INTO hero VALUES

(1, 'l刘备', '蜀'),

(3, 'z诸葛亮', '蜀'),

(8, 'c曹操', '魏'),

(15, 'x荀彧', '魏'),

(20, 's孙权', '吴');


我们吧数据取出来,隐藏列先省略:

Number列: 1 , 3, 8 , 15, 20

Name列:l刘备,z诸葛亮,c曹操,x荀彧,s孙权

Country列:属,属,魏,魏,吴


接下来看看哪些行锁:

Record locks:

我们前面提到的记录锁就是这种类型,也就仅仅吧一条记录锁上,于是这种记录锁 就叫做正经记录锁,官方名称叫:lock_rec_not_gap。比方说我们吧number为8的记录加上一个正经记录锁。

Record locks是有s锁和x锁之分,当给number为8的记录上了s锁,则可以访问,不可以获取x锁的记录锁。当给number为8的记录上了x锁,则其他事物即不可以获取number为8的s锁,也不可以获取number为8的x锁。


Gap locks:

前面说过在repeatable read的隔离级别下,解决幻读的方式有两种,一个是mvcc方式,一种是读写都加锁。但是在读锁的时候有个问题,就是幻读的时候,哪些幻读的记录不存在,我们无法给那些不存在的数据加上record locks。所以为了解决这个问题,innoDB提出了gap locks的锁,官方称为lock_gap,我们可以称为gap锁。比方我们吧number为8的值加个gap锁。

当number为8的值加gap锁后,因为这不允许别的事务在number为8的记录前的间隙插入新的数据,其实就是number【3,8】之间不允许插入新的数据。比方另一个事务想插入number为4的数据,这时候则会阻塞插入操作,直到拥有gap锁的事务提交后,才可以重新被插入。


但是gap锁仅仅是为了防止幻读提出来的,如果你对一条记录加了gap锁,并不会限制其他事务继续加gap锁或者record lock锁。


这样可以防止在gap锁记录前面的区间插入,那么大number为20后面的区间如何防止插入呢,前面我们说过有两条伪数据:

Infimum记录:表示页面中小数字。

Supremum记录:表示页面中大数字。

为了实现组织其他事务插入(20,+∞)的区间新纪录,我们可以给索引后一条记录,也就是number为20那条记录所在页面的supremum加个gap锁。


Next-key locks:

加入我们想锁住那条数据,又想把这个数据前的间隙禁止插入,这时候innoDB提出了next-key locks的锁,官方名称为lock_ordinary,简称next-key锁,如果给number为8的记录加一个next-key锁,则就是record 锁和 gap锁的合体。


Insert intention locks:

我们说了事务在插入之前,需要判断一下是不是被别的事务加了gap锁,如果有的话,插入时候需要等待,直到gap锁的事务提交完毕。但是innoDB规定在事务等待的时候需要在内存中生成一个锁结构,表明事务想在某个间隙中插入新纪录。这种锁结构就叫insert intention locks,官方类型名称就叫 lock_insert_intention,我们也可以叫做 插入意向锁。

比如我们现在想number为8的记录加一个 插入意向锁:

当t1事务 获取了gap锁之后,就会阻塞其他事务插入,这时候t1 的is_waiting就是true。

T2和t2事务的is_waiting如果获取的是插入意向锁,这时候的is_Waiting就是false。

一直到t1的事务提交之后,t2和t3的事务才会按顺序执行插入数据,而且插入意向锁不会阻塞别的事务获取该记录上任何类型的锁(感觉有点鸡肋,可能就是记录插入顺序的)。


隐式锁

我们前面说过一个事务执行insert操作的时候,如果插入的间隙被其他事务上了gap锁,则本次insert会被阻塞,并且会在该事务加上一个 插入意向锁,否则一般insert是不加锁的。

那么如果一个事务首先插入一条数据(此刻该事务并没有关联锁结构),然后另一个事务:

立即使用select。。。lock in share mode语句读取这条数据,也就是要获取这条记录的s锁,或者使用select。。。for update 语句读取这条记录,也要获取这条记录的x锁,该咋办?

这种情况如果发生了,那说明结果可能会是 脏读问题。

立即修改这条数据,也就是获取这条记录的x锁,该咋办?

这种情况如果发生了,那说明结果可能会是 脏写问题。


这时候我们说过的事务id就可以解决这个问题了,我们吧主键索引和二级索引的情况分开看:

主键索引的情况:对于主键索引来说,数据列有一个隐藏的trx_id,该列记录着后改动记录的事务id。如果其他事务想对这个记录加一个s锁或者x锁,首先会看下该记录的trx_id隐藏列代表的事务是否是当前活跃事务,如果是,则会给他上个x锁,给他的is_Waiting为false,然后给自己进入等待状态,is_waiting为true。


二级索引的情况:因为二级索引本身没有trx_id,但他的page header有一个page_max_trx_id属性,这个就是改动当前记录的大事务id,如果这个page_max_trx_id属性小于当前活跃的id,说明该页面对修改的事务已经提交了,否则需要需要定位到对应的二级索引记录,然后回表找到对应的主键索引记录,然后重复主键索引的情况。

通过上面的情况,一个事务对新插入的记录可以不显示加锁,但是因为事务id的存在,所以给他加了个隐式锁。别的事务想访问的时候,因为隐式锁的存在,会给当前事务加个is_waiting,然后让自己的事务进入等待状态。


innoDB锁的内存结构

我们前面说过,一条记录加锁的本质,就是内存中创建锁的结构与之关联,那么一个事务对多条记录加锁,就要创建多个锁结构吗?比方说t1执行下面这个语句,

# 事务T1

SELECT * FROM hero LOCK IN SHARE MODE;

很显然这个语句要为hero表中的所有记录加锁,那怎么可能生成那么多表结构呢,于是对不同记录加锁时,如果满足一些条件,则可以吧这些记录放在同一个锁结构里。

  1. 在同一个事务中进行加锁操作。
  2. 被加锁的记录在同一个页面。
  3. 加锁的类型是一样的。
  4. 等待的状态一样的。

当满足上面这些条件,就放在同一个索结构,说了那么久的索结构,那锁结构是什么组成的呢?

  1. 锁所在的事务信息:不论是 表锁 还是 行锁,都是在事务里进行的,这里就记录着事务的信息(一个地址值,指针)。
  2. 索引信息:对于行锁来说,需要记录一下在哪个索引。
  3. 表锁、行锁信息:表锁则记载着哪个表。行锁则记载着三个重要信息,space id表示所在表空间,page number表示记录所在页号,n_bits对于行锁来说,一条记录对应一个比特位,一个页面包含多个记录,用不同比特位区分到底那条记录加了锁。为此在行锁的末尾加了一堆比特位,这个n_bits就代表用了多少比特位。
  4. Type_mode:这是32位的数,被分为lock_mode,lock_type和rec_lock_type三个部分。Lock_mode锁的模式,占用低4位,可选的值有lock_is,也就是共享意向锁is锁,lock_ix,代表独占意向锁ix锁,lock_S代表共享锁,s锁,lock_X代表独占锁,x锁,lock_Auto_inc代表auto_inc锁。(注意:前面的都是表级锁的模式,而lock_s和lock_x可以行锁也可以表级锁)

Lock_type锁的类型,占用第5~8位,目前只有5和6位被使用,一个是lock_table,代表表锁,lock_rec,代表行锁。

Rec_lock_type行锁的类型,只有在lock_type为lock_rec行锁的时候,这个字段才会分为更多的类型。

Lock_opdinary:表示next-key锁。

Lock_gap:当第10个比特位是1 的时候,表示gap锁。

Lock_rec_not_gap:也就是当11个比特位是1的时候,表示record 锁,行锁,常用锁。

Lock_insert_intention:当12个比特位是1的时候,表示插入意向锁。

  1. 其他信息:为了更好的管理锁的结构而设计了很多hash表和链表等。
  2. 一堆比特位:如果是行锁结构,该结构末尾还放了一堆比特位,比特位的数量由上面提到的n_bits属性表示的。我们前面说到innoDB表结构的时候说过,页面每条 记录头信息 中都包含heap_no属性,伪记录infimum的heap_no为0,supermum的heap_no为1,之后每插入一条数据,heap_no值就增1。锁结构的后一个比特位就对应着一个页面的记录,一个比特位映射一个heap_no,不过为了编码方便,映射有点怪,不过只要记得一个比特位映射页面的一条记录。


我们可以举个例子说明一下,比方说现在T1和T2两个事务对hero表中的记录加锁,hero表中的记录太少,假设这些记录都存储在所在表空间号为67,页号为3的页面上,那么:

T1想对number值为15的这条记录加 s型的正常记录锁,在对记录加锁之前,需要先加表级别的is锁,也就是生成一个表级锁的内存结构。接下来我们主要分析行锁的过程:

事务T1要进行加锁,所以锁结构的 锁所在事务信息 指的就是T1。

直接对聚簇索引进行加锁,所以索引信息指的其实就是primary索引。

由于是行锁,所以接下来记录三个重要信息:

SpaceId:表空间号为67。

Page number :页号为3.

N_bits:我们现在hero插入了五条数据,但是在初始分配比特位时会多分配一些,这主要是为了之后新增记录时候不用频繁分配比特位。其实计算n_bits有一个公式:

N_bits = (1+((n_recs+lock_page_bitmap_margin)/8))*8

其中n_recs指的是当前页面中一共多少条记录(算上伪记录和在垃圾链表中的记录),比方说hreo现在有7条记录(5条真实记录加2条伪记录),所以n_recs记录就是7,lock_page_bitmap_margin是一个固定的值64,所以本次n_bits的值就是:

N_bits = (1+((7 + 64)/8))*8 = 72


Type_mode是由三个部分组成:

Lock_mode,这是对记录加s锁,它的值就是lock_s。

Lock_type,这是对记录进行加锁,也就是行锁,所以它的值就是lock_rec。

Rec_lock_type,这是对记录加的record 锁,也就是类型为lock_Rec_not_gap锁。另外由于当前没有其他事务对该记录进行加锁,所以应当获取到锁,也就是lock_wait代表二进制应该是0。

综上所述,此次加锁的type_mode的值应该是:

Type_mode = locks | lock_Rec | lock_rec_not_gap

2 | 32 | 1024 = 1058


综上所谓,t1的number值为5的记录加锁生成的锁结构如下:

锁所在的事务信息:T1

索引信息:primary

表锁、行锁:space id 67,page number 3,n_bits 72.

Type_mode:1058

其他信息:

一堆比特位:00100000000..


T2想对number值为3,8,15这三条记录加x型的next-key锁,加之前,先给表加ix锁,我们这里还是着重看行锁。

现在T2要为3条记录加锁,number为3,和8的两条记录由于没有其他事务加锁,所以可以成功获取这条记录的x型next-key锁,也就是生成索结构is_waiting = false。但是number为15的记录已经被T1加了s型正经record锁,所以T2不能获取到15的x型next-key锁,也就是生成锁的结构is_waiting为true。因为等待状态不相同,所以这时候会生成两个锁结构。所以这时候属性如下:

事务T2要进行加锁,所以锁结构的 锁所在事务信息 指的就是T2.

直接对聚簇索引进行加锁,所以索引信息指的就是primary索引。

由于是行锁,所以接下来需要记录三个重要信息:

Space id为67。

Page number:页号为3.

N_bits:此属性生成策略同T1中一样,该属性的值为72.

Type_mode由三个部分组成:

Lock_mode,这是对记录加x锁,这是lock_x。

Lock_type,这是对记录加锁,也就是行锁,所以他的值是lock_rec。

Rec_lock_type,这是对行记录的类型,next-key锁,也就是类型为lock_ordinary的锁。


不同属性如下:

Number为3和8记录生成的索结构如下:

Type_mode值:由于可以获取到锁,所以is_waiting为false,也就是lock_wait代表二进制为0,所以:

Type_mode = lock_X|lock_Rec|lock_opdinary

也就是

Type_mode = 3 | 32 | 0 = 35


所以综上所述,T2的number为3和8的两条记录加锁生成的锁结构如下:

对应事务信息:T2

索引信息:primary

行锁,表锁:spaceid 67,page number 3,n_bits为72。

Type_mode:35

其他信息:

一堆比特位:00011000000…


Numer为15的记录加锁生成的锁结构如下:

对应事务信息:T2

索引信息:primary

行锁,表锁:spaceid 67,page number 3,n_bits为72。

Type_mode:291

其他信息:

一堆比特位:00010000000…


所以综上所述,t1先获取number为15的s型正常record锁,t2获取number为,3,8,15的x型正常record锁,共需要生成三个锁结构。

文章来源:知乎平台  原文地址:https://zhuanlan.zhihu.com/p/424593582


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创建时间:2020-05-06 14:18:32
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