MySQL 锁机制

锁是计算机协调多个进程或线程并发访问某一资源的机制。

一、MySQL 锁概述

MySQL 两种锁特性归纳 ：

• 表级锁：开销小，加锁快；不会出现死锁；锁定粒度大，发生锁冲突的概率最高，并发度最低。
• 行级锁：开销大，加锁慢；会出现死锁；锁定粒度小，发生锁冲突的概率最低，并发度也最高。

MySQL 不同的存储引擎支持不同的锁机制。
myisam 和 memory 存储引擎采用的是 表级锁；
innodb 存储引擎既支持行级锁，也支持表级锁，但默认情况下采用行级锁。

表级锁更适合于以查询为主，只有少量按索引条件更新数据的应用，如 web 应用；
而行级锁则更适合于有大量按索引条件并发更新少量不同数据，同时又有并发查询的应用。

二、 myisam 表锁

1. 查询表级锁争用情况

可以通过检查 table_locks_waited 和 table_locks_immediate 状态变量来分析系统上的表锁定争夺：

MySQL [sakila]> show status like 'table_locks%';
+-----------------------+-------+
| Variable_name         | Value |
+-----------------------+-------+
| Table_locks_immediate | 100   |
| Table_locks_waited    | 0     |
+-----------------------+-------+

如果 table_locks_waited 的值比较高，则说明存在着较严重的表级锁争用情况。

2. MySQL 表级锁的锁模式

MySQL 的表级锁有两种模式，表共享读锁(table read lock)和表独占写锁（table write lock）。

对 myisam 表的读操作，不会阻塞其他用户对同一表的读请求，但会阻塞对同一表的写请求；对 myisam 表的写操作，则会阻塞其他用户对同一表的读和写操作；myisam 表的读操作和写操作之间，以及写操作之间时串行的。

当一个线程获得对一个表的写锁户，只有持有锁的线程可以对表进行更新操作，其他线程的读、写操作都会等待，直到锁被释放。

3. 加锁

myisam 在执行查询语句（select）前，会自动给涉及的所有表加读锁，在执行更新操作（update、delete、insert等）前，会自动给涉及的表加写锁，这个过程并不需要直接用 lock table 命令给 myisam 表显示加锁。给 myisam 表显式加锁，一般是为了在一定程度模拟事务操作
myisam 在自动加锁的情况下，总是一次获得 sql 语句所需要的全部锁，所以显示锁表的时候，必须同时取得所有涉及表的锁，这也正是 myisam 表不会出现死锁（deadlock）的原因。

注意：在使用 lock tables 时，不仅需要一次锁定用到的所有表，而且，同一个表在 sql 语句中出现多少次，就要通过与 sql 语句中相同的别名锁定多少次，否则会报错。

4. 并发插入（concurrent inserts）

myisam 表的读和写是串行的，但这是就总体而言的。在一定条件下，myisam 表也支持查询和插入操作的并发进行。
myisam 存储引擎有一个系统变量 concurrent_insert , 专门用以控制其并发插入的行为，其值分别可以为0,1,2。

• 当 concurrent_insert 设置为 0 时，不允许并发插入。
• 当 concurrent_insert 设置为 1 时，如果 myisam 表中没有空洞（即表的中间没有被删除的行），myisam 允许在一个进程读表的同时，另一个进程从表尾插入记录。这也是 MySQL 的默认设置。
• 当 concurrent_insert 设置为 2 时，无论 myisam 表中有没有空洞，都允许在表尾并发插入记录。

5. myisam 的锁调度

myisam 存储引擎的读锁和写锁是互斥的，读写操作时串行的。当一个进程请求某个 myisam 表的读锁，同时另一个进程也请求同一表的写锁时，写进程会先获得锁。不仅如此，即使读请求先到锁等待队列，写请求后到，写锁也会插到读锁请求之前，这是因为 mysql 认为写请求一般比读请求重要。这也正是 myisam 表不太适合有大量更新操作和查询操作应用的原因，因为，大量的更新操作会造成查询操作很难获得读锁，从而可能永远阻塞。

通过一些参数设置可以调节 MySQL 的默认调度行为：

• 通过指定启动参数 low-priority-updates, 使 myisam 引擎默认给予读请求以优先的权利。
• 通过执行命令 set low_priority_updates = 1, 使该连接发出的更新请求优先级降低。
• 通过指定 insert、update、delete 语句的 low_priority 属性，降低该语句的优先级。

上述方式都是要么更新优先，要么查询优先，MySQL 也提供了一种折中的办法调节读写冲突：

给系统参数 max_write_lock_count 设置一个合适的值，当一个表的读锁达到这个值后，MySQL 就暂时将写请求的优先级降低，给读进程一定获得锁的机会。

三、 InnoDB 锁

innodb 与 myisam 的最大不同有两点，一是支持事务（transaction），二十采用了行级锁。

1. 并发事务处理存在的问题

相对于串行处理来说，并发事务处理能力大大增加数据库资源的利用率，提高数据库系统事务吞吐量，从而可以支持更多的用户，但并发事务处理也会带来一些问题：

更新丢失（lost update）

当两个或多个事务选择同一行，然后基于最初选定的值更新该行时，由于每个事务都不知道其他事务的存在，就会发生丢失更新问题，最后的更新覆盖了由其他事务所做的更新。

脏读（dirty reads）

一个事务正在对一条记录做修改，在这个事务完成并提交前，这条记录的数据就处于不一致状态；这时，另一个事务也来读取同一条记录，如果不加控制，第二个事务读取了这些“脏”数据，并据此作进一步的处理，就会产生未提交的数据依赖关系。

不可重复读（non-repeatable reads）

一个事务在读取某些数据后的某个时间，再次读取以前读过的数据，却发现其读出的数据已经发生了改变或某些记录已经被删除了！这种现象就是“不可重复读”。

幻读（phantom reads）

一个事务按相同的查询条件重新读取以前检索过的数据，却发现其他事务插入了满足其查询条件的新数据，这种现象称为“幻读”。

2. 事务隔离级别

并发事务处理带来的问题中，“更新丢失”，通常是可以避免的，需要应用程序对要更新的数据加必要的锁来解决。
“脏读”，“不可重复读”和“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。
数据库实现事务隔离的方式，基本可以分为两种：

• 在读取数据前，对其加锁，阻止其他事务对数据进行修改
• 不加任何锁，通过一定机制生成一个数据请求时间点的一致性数据快照，这种方式叫做数据多版本并发控制。

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，因为事务隔离实质上就是使事务在一定程度上“串行化”进行，这显然与“并发”是矛盾的。为了解决“隔离”与“并发”的矛盾，ISO/ANSI SQL92 定义了 4 个事务隔离级别，MySQL 实现了这四种级别，应用可以根据自己的业务逻辑要求，选择合适的隔离级别来平衡“隔离”与“并发”的矛盾。

3. 查看 Innodb 行锁争用情况

可以通过检查 innodb_row_lock 状态变量来分析系统上的行锁的争夺情况：

MySQL [sakila]> 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     |
+-------------------------------+-------+
5 rows in set (0.00 sec)

如果发现锁争用比较严重，如 Innodb_row_lock_waits 和 Innodb_row_lock_time_avg 的值比较高，可以通过查询 information_schema 数据库中相关的表来查看锁情况，或者通过设置 innodb monitors 来进一步观察。

(1)查询 information_schema 数据库中的表了解锁等待

MySQL [sakila]> use information_schema
Database changed
MySQL [information_schema]> select * from innodb_locks \G;

(2) 通过设置 innodb monitors 观察锁冲突情况

MySQL [sakila]> create table innodb_monitor (a int) engine=innodb;
Query OK, 0 rows affected (0.05 sec)

show engine innodb status \G;

4. innodb 的行锁模式及加锁方法

Innodb 实现了两种类型的行锁：

• 共享锁（S）：允许一个事务去读一行，阻止其他事务获得相同数据集的排他锁。
• 排他锁（X）：允许获得排他锁的事务更新数据，阻止其他事务获取相同数据集的共享读锁和排他写锁。

另外，为了允许行锁和表锁共存，事项多粒度锁机制，innodb 还有两种内部使用的意向锁，这两种意向锁都是表锁：

• 意向共享锁（IS）：事务打算给数据行加行共享锁，事务在给一个数据行加共享锁前必须先取得该表的 IS 锁。
• 意向排它锁（IX）: 事务打算给数据行加行排它锁，事务在给一个数据行加排它锁前必须先取得该表的 IX 锁。

如果一个事务请求的锁模式与当前的锁兼容，innodb 就将请求的锁授予该事务；反之，如果两者不兼容，该事务就要等待锁释放。
意向锁是 innodb 自动加的，不需要用户干预。对于 update、delete 和 insert 语句，innodb 会自动给涉及数据集加排它锁（X）；对于普通 select 语句，innodb 不会加任何锁。

事务可以通过以下语句显式给记录集加共享锁或排它锁。

• 共享锁（S）：select * from table_name where ... lock in share mode.
• 排它锁（X）: select * from table_name where ... for update.

用 select... in share mode 获得共享锁，主要用在需要数据依存关系时来确认某行记录是否存在，并确保没有人对这个记录进行 update 或者 delete 操作。但是如果当前事务也需要对该记录进行更新操作,则有可能造成死锁，对于锁定行记录后需要进行更新操作的应用，应该使用 select... for update 方式获得排他锁。

innodb 存储引擎共享锁例子(更新时死锁)

innodb 存储引擎排它锁例子

5. innodb 行锁实现方式

innodb 行锁是通过给索引项加锁来实现的，如果么有索引，innodb 将通过隐藏的聚簇索引来对记录加锁。innodb 行锁分为 3 种情形：

• record lock： 对索引项加锁
• gap lock： 对索引项之间的“间隙”、第一条记录前的“间隙”或最后一条记录的“间隙”加锁。
• next-key lock： 前两种的结合，对记录及其前面的间隙加锁。

innodb 这种行锁实现特点意味着：如果不通过索引条件检索数据，那么 innodb 将对表中的所有记录加锁，实际效果和表锁一样！

在实际应用中，要特别注意 innodb 行锁的这一特性，否则可能导致大量的锁冲突，从而影响并发性能。

(1) 在不通过索引条件查询时，innodb 会锁定表中的所有记录。

创建测试表：

MySQL [sakila]> create table tab_no_index (id int, name varchar(10)) engine=innodb;
Query OK, 0 rows affected (0.04 sec)
MySQL [sakila]> insert into tab_no_index values (1,'1'),(2,'2'),(3,'3'),(4,'4');
Query OK, 4 rows affected (0.01 sec)
Records: 4  Duplicates: 0  Warnings: 0

看起来 session_1 只给一行加了排他锁，但 session_2 在请求其他行的排他锁时，却出现了锁等待！原因就是在没有索引的情况下，Innodb 会对所有记录都加锁。当给其增加一个索引后，innodb 就只锁定了符合条件的行

创建测试表:

MySQL [sakila]> create table tab_with_index (id int , name varchar(10)) engine = innodb;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

MySQL [sakila]> alter table tab_with_index add index id(id);
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

MySQL [sakila]> insert into tab_with_index values (1,'1'),(2,'2'),(3,'3'),(4,'4');
Query OK, 4 rows affected (0.00 sec)
Records: 4  Duplicates: 0  Warnings: 0

(2) 由于 MySQL 的行锁是针对索引加的锁，不是针对记录加的锁，所以虽然是访问不同行的记录，但是如果是使用相同的索引键，是会出现锁冲突的。

创建测试表,id字段有索引，name字段没有索引：

MySQL [sakila]> create table tab_with_index (id int , name varchar(10)) engine = innodb;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

MySQL [sakila]> alter table tab_with_index add index id(id);
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

MySQL [sakila]> insert into tab_with_index values (1,'1'),(1,'4');
Query OK, 4 rows affected (0.00 sec)
Records: 4  Duplicates: 0  Warnings: 0

(3) 当表有多个索引的时候，不同的事务可以使用不同的索引锁定不同的行，不论是使用主键索引、唯一索引或普通索引，innodb 都会使用行锁对数据加锁。

创建测试表，id 字段和 name 字段都有索引：

MySQL [sakila]> create table tab_with_index (id int , name varchar(10),index id (id),index name (name)) engine = innodb;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

MySQL [sakila]> insert into tab_with_index values (1,'1'),(1,'4'),(2,'2');
Query OK, 3 rows affected (0.00 sec)
Records: 3  Duplicates: 0  Warnings: 0

(4) 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 也会对所有记录加锁。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。

6. next-key 锁

当我们用范围条件而不是相等条件检索数据，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 next-key 锁。

举例来说，假如 emp 表中只有 101 条记录，其 id 的值分别是1、2、...、100、101，下面的 sql:

# 这是一个范围条件的检索，innodb 不仅会对符合条件的 id 值为 101 的记录加锁，也会对 id 大于 101（这些记录并不存在）的“间隙”加锁。
select * from emp where id > 100 for update;

为什么使用 next-key 锁

innodb 使用 next-key 锁的目的，一方面是为了防止幻读，以满足相关隔离级别的要求，对于上面的例子，要是不使用间隙锁，如果其他事务插入了 id 大于 100 的任何记录，那么本事务如果再次执行上述语句，就会发生幻读；另一方面，是为了满足其恢复和复制的需要。

在使用范围条件检索并锁定记录时，innodb 这种加锁机制会阻塞符合条件范围内键值的并发插入，这往往会造成严重的锁等待。因此，在实际开发中，尤其是并发插入比较多的应用，应该尽量优化业务逻辑，尽量使用相等条件来访问更新数据，避免使用范围条件。

innodb 除了通过范围条件加锁时使用 next-key 锁外，如果使用相等条件请求给一个不存在的记录加锁，innodb 也会使用 next-key 锁！

7. 恢复和复制的需要，对 innodb 锁机制的影响

MySQL 通过 binlog 记录执行成功的 insert、update 、delete 等更新数据的 sql 语句，并由此实现 MySQL 数据库的恢复和主从复制。

MySQL 5.6 支持 3 种 日志格式，即基于语句的日志格式 sbl，基于行的日志格式 rbl 和混合格式。它还支持 4 种复制模式：

• 基于 sql 语句的复制 sbr：这也是 MySQL 最早支持的复制模式。
• 基于 行数据的复制 rbr： 这是 MySQL5.1 以后喀什支持的复制模式，主要优点是支持对非安全 sql 的复制模式。
• 混合复制模式：对安全的 sql 语句采用基于 sql 语句的复制模式，对于非安全的 sql 语句采用局于行的复制模式。
• 使用全局事务id（gtids）的复制：主要是解决主从自动同步一致的问题。

对基于语句日志格式（sbl）的恢复和复制而言，由于 MySQL 的 binlog 是按照事务提交的先后顺序记录的，因此要正确恢复或复制数据，就必须满足：
在一个事务未提交前，其他并发事务不能插入满足其锁定条件的任何记录，也就是不允许出现幻读。这已经超过了“可重复读”隔离级别的要求，实际上是要求事务要串行化。这也是许多情况下，innodb 要用 next-key 锁的原因。

8. 什么时候使用表锁

对于 innodb 表，在绝大部分情况下都应该使用行级锁，因为事务和行锁往往是我们选择 innodb 表的理由，但在个别特殊任务中，也可以考虑使用表级锁：

1. 事务需要更新大部分或全部数据，表又比较大，如果使用默认的行锁，不仅这个事务执行效率低，而且可能造成其他事务长时间锁等待和锁冲突，这种情况下可以考虑使用表锁
2. 事务涉及多个表，比较复杂，很可能引起死锁，造成大量事务回滚。这种情况也可以考虑一次性锁定多个表，从而避免死锁，减少数据库因事务回滚带来的开销。

当然，应用中这两种事务不能太多，否则，就应该考虑使用 myisam 表了。
在 innodb 下，使用表锁要注意以下两点：

1. 使用 lock tables 虽然可以给 innodb 加表级锁，但必须说明的是，表锁不是由 innodb 存储引擎管理的，而是由其上一层———— MySQL server 负责的，仅当 autocommit=0、innodb_table_locks=1(默认设置)时，innodb 层才知道 MySQL 加的表锁，MySQL server 也才能够感知 innodb 加的行锁，这种情况下，innodb 才能自动识别涉及到的锁。
2. 在用 lock_tables 对 innodb 表加锁时要注意，要将 autocommit 设为 0，否则 MySQL 不会给表加锁；事务结束前，不要用 unlock tables 释放表锁，因为 unlock tables 会隐含的提交事务；commit 或 rollback 并不能释放用 lock tables 加的表锁，必须用 unlock tables 释放表锁

set autocommit = 0;
lock tables ti write, t2 read, ...;
[do something with tables t1 and t2 here];
commit;
unlock tables;

9. 关于死锁

myisam 表锁是 deadlock free 的，这是因为 myisam 总是一次获取所需的全部锁，要么全部满足，要么等待，因此不会出现死锁。但在 innodb 中，除单个 sql 组成的事务外，锁是逐步获得的，这就决定了在 innodb 中发生死锁是可能的。

上面的例子中，两个事务都需要获得对方持有的排他锁才能继续完成事务，这种循环锁等待就是典型的死锁。

发生死锁后，innodb 一般都能自动检测到，并使一个事务释放锁回退，另一个事务获得锁，继续完成事务。但在涉及外部锁或表锁的情况下，innodb 并不能完全自动检测到死锁，只需要通过设置锁等待超时参数 innodb_lock_wait_timeout 来解决。需要说明的是，这个参数并不是只用来解决死锁问题，在并发访问比较高的情况下，如果大量事务因无法立即获得所需的锁而挂起，会占用大量计算机资源，造成严重的性能问题，甚至拖垮数据库。

通常来说，死锁都是应用设计的问题，通过调整业务流程，数据库对象设计、事务大小、以及访问数据库的 sql 语句，绝大部分死锁都可以避免。

几种避免死锁的方法:

(1) 在应用中，如果不同的程序会并发存取多个表，应尽量约定以相同的顺序来访问表，这样可以大大降低产生死锁的机会。

下面的例子中，由于两个 session 访问两个表的顺序不同，发生死锁的机会就非常高！但如果以相同的顺序来访问，死锁就可以避免。

如果 session_2 以相同的顺序执行 sql 语句，会造成锁等待，但不会死锁。

(2) 在程序以批量方式处理数据的时候，如果事先对数据排序，保证每个线程按固定的顺序来处理记录，也可以大大降低出现死锁的可能。

(3) 在事务中，如果要更新记录，应该申请足够级别的锁，即排他锁，而不应先申请共享锁，更新时再申请排他锁，因为当用户申请排他锁时，其他事务可能又已经获得了相同记录的共享锁，从而造成锁冲突，甚至死锁。

(4) 在 repeatable-read 隔离级别下，如果两个线程同时对相同条件记录用 select ... for update 加排他锁，在没有符合该条件记录情况下，两个线程过会加锁成功。程序发现记录尚不存在，就试图插入一条新记录，如果两个线程都这么做，就会出现死锁。这种情况下，将隔离级别改成 read committed ，就可避免问题。

(5) 当隔离级别为 read committed 时，如果两个线程都先执行 select ... for update, 判断是否存在符合条件的记录，如果没有，就插入记录。此时，只有一个线程能插入成功，另一个线程会出现锁等待，当第 1 个线程提交后，第 2 个线程会因主键重出错，但虽然这个线程出错了，却会获得一个排他锁，如果有第 3 个线程又来申请排他锁，也会出现死锁。对于这种情况，可以直接做插入操作，然后再捕获主键重异常，或者在遇到主键重错误时，总是执行 rollback 释放获得的排他锁

尽管通过上面介绍的设计和 sql 优化等措施，可以大大减少死锁，但死锁很难完全避免。因此，在程序设计中总是捕获并处理死锁异常是一个很好的编程习惯

如果出现死锁，可以用 show innodb status 命令来确定最后一个死锁产生的原因。返回结果中包括死锁相关事务的详细信息，如引发死锁的 sql 语句，事务已经获得的锁，正在等待什么锁，以及被回滚的事务等。可以据此分析产生死锁的原因。