Mysql-锁问题

锁问题

相对其他数据库而言，MySQL的锁机制比较简单，其最显著的特点是不同的存储引擎支持不同的锁机制。比如，MyISAM和MEMORY存储引擎采用的是表级锁（table-level locking）；BDB存储引擎采用的是页面锁（page-level locking），但也支持表级锁；InnoDB存储引擎既支持行级锁（row-level locking），也支持表级锁，但默认情况下是采用行级锁。

MySQL这3种锁的特性可大致归纳如下。

  • 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；锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低,并发度也最高。
  • 页面锁：开销和加锁时间界于表锁和行锁之间；会出现死锁；锁定粒度界于表锁和行锁之间，并发度一般。

MyISAM 表锁

MyISAM 存储引擎只支持表锁

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> show status like 'table%';
+-----------------------+-------+
| Variable_name | Value |
+-----------------------+-------+
| Table_locks_immediate | 2979 |
| Table_locks_waited | 0 |
+-----------------------+-------+
2 rows in set (0.00 sec))

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。

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 表的读操作与写操作之间，以及写操作之间是串行的！

如何加表锁

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，这个过程并不需要用户干预，因此，用户一般不需要直接用 LOCK TABLE 命令给 MyISAM 表显式加锁

并发插入（Concurrent Inserts）

上文提到过 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或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。

可以利用MyISAM存储引擎的并发插入特性，来解决应用中对同一表查询和插入的锁争用。例如，将concurrent_insert系统变量设为2，总是允许并发插入；同时，通过定期在系统空闲时段执行OPTIMIZE TABLE语句来整理空间碎片，收回因删除记录而产生的中间空洞。有关OPTIMIZE TABLE语句的详细介绍

MyISAM 的锁调度

MyISAM 存储引擎的读锁和写锁是互斥的，读写操作是串行的。那么，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，MySQL 如何处理呢？

答案是写进程先获得锁。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要重要。这也正是 MyISAM 表不太适合于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。这种情况有时可能会变得非常糟糕！幸好我们可以通过一些设置来调节 MyISAM 的调度行为。

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。

MySQL也提供了一种折中的办法来调节读写冲突，即给系统参数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

InnoDB 锁问题

InnoDB 与 MyISAM 的最大不同有两点：一是支持事务（TRANSACTION）；二是采用了行级锁。行级锁与表级锁本来就有许多不同之处，另外，事务的引入也带来了一些新问题

事务（Transaction）及其 ACID 属性

  • 原子性（Atomicity）：事务是一个原子操作单元，其对数据的修改，要么全都执行，要么全都不执行。
  • 一致性（Consistent）：在事务开始和完成时，数据都必须保持一致状态。这意味着所有相关的数据规则都必须应用于事务的修改，以保持数据的完整性；事务结束时，所有的内部数据结构（如 B 树索引或双向链表）也都必须是正确的。
  • 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。这意味着事务处理过程中的中间状态对外部是不可见的，反之亦然。
  • 持久性（Durable）：事务完成之后，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。

并发事务处理带来的问题

  • 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，并据此做进一步的处理，就会产生未提交的数据依赖关系。这种现象被形象地叫做"脏读"。
  • 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！这种现象就叫做“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，这种现象就称为“幻读”。

事务隔离级别

在上面讲到的并发事务处理带来的问题中，“更新丢失”通常是应该完全避免的。但防止更新丢失，并不能单靠数据库事务控制器来解决，需要应用程序对要更新的数据加必要的锁来解决，因此，防止更新丢失应该是应用的责任。

“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，基本上可分为以下两种。

  • 一种是在读取数据前，对其加锁，阻止其他事务对数据进行修改。`
  • 另一种是不用加任何锁，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（Snapshot)，并用这个快照来提供一定级别（语句级或事务级）的一致性读取。从用户的角度来看，好象是数据库可以提供同一数据的多个版本，因此，这种技术叫做数据多版本并发控制（MultiVersion Concurrency Control，简称 MVCC 或MCC），也经常称为多版本数据库。

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，每个级别的隔离程度不同，允许出现的副作用也不同，应用可以根据自己的业务逻辑要求，通过选择不同的隔离级别来平衡“隔离”与“并发”的矛盾。

1

最后要说明的是：各具体数据库并不一定完全实现了上述 4 个隔离级别

  • Oracle 只提供 Read committed 和 Serializable 两个标准隔离级别，另外还提供自己定义的 Read only 隔离级别；
  • SQL Server 除支持上述 ISO/ANSI SQL92 定义的 4 个隔离级别外，还支持一个叫做“快照”的隔离级别，但严格来说它是一个用 MVCC 实现的 Serializable 隔离级别。
  • MySQL 支持全部 4 个隔离级别，但在具体实现时，有一些特点，比如在一些隔离级别下是采用 MVCC一致性读，但某些情况下又不是

获取 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> 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 (0.01 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，还可以通过设置 InnoDB Monitors 来进一步观察发生锁冲突的表、数据行等，并分析锁争用的原因。

具体方法如下：

mysql> CREATE TABLE innodb_monitor(a INT) ENGINE=INNODB;
Query OK, 0 rows affected (0.14 sec)

然后就可以用下面的语句来进行查看：

mysql> Show innodb status\G;

监视器可以通过发出下列语句来停止查看：

mysql> DROP TABLE innodb_monitor;
Query OK, 0 rows affected (0.05 sec)

设置监视器后，在 SHOW INNODB STATUS 的显示内容中，会有详细的当前锁等待的信息，包括表名、锁类型、锁定记录的情况等，便于进行进一步的分析和问题的确定。打开监视器以后，默认情况下每 15 秒会向日志中记录监控的内容，如果长时间打开会导致.err 文件变得非常的巨大，所以用户在确认问题原因之后，要记得删除监控表以关闭监视器，或者通过使用“--console”选项来启动服务器以关闭写日志文件

InnoDB 的行锁模式及加锁方法

InnoDB 实现了以下两种类型的行锁

  • 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，阻止其他事务取得相同数据集的共享读锁和排他写锁。

MySql 对于 UPDATE、DELETE 和 INSERT 语句，InnoDB会自动给涉及数据集加排他锁（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示给记录集加共享锁或排他锁。

  • 共享锁（S）：SELECT * FROM table_name WHERE ... LOCK IN SHARE MODE。
  • 排他锁（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，则很有可能造成死锁，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 行锁实现方式

InnoDB 行锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的，这一点 MySQL 与 Oracle 不同，后者是通过在数据块中对相应数据行加锁来实现的。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！ 在实际应用中，要特别注意 InnoDB 行锁的这一特性，不然的话，可能导致大量的锁冲突，从而影响并发性能

  • 在不通过索引条件查询的时候，InnoDB 确实使用的是表锁，而不是行锁。
  • 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。应用设计的时候要注意这一点。
  • 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，另外，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。
  • 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。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。

间隙锁（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间隙锁（Next-Key 锁）。

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

Select * from emp where empid > 100 for update;

是一个范围条件的检索，InnoDB 不仅会对符合条件的 empid 值为 101 的记录加锁，也会对empid 大于 101（这些记录并不存在）的“间隙”加锁。

InnoDB 使用间隙锁的目的

  • 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 empid 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。

注意：很显然，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，在实际应用开发中，尤其是并发插入比较多的应用，我们要尽量优化业务逻辑，尽量使用相等条件来访问更新数据，避免使用范围条件。还要特别说明的是，InnoDB 除了通过范围条件加锁时使用间隙锁外，如果使用相等条件请求给一个不存在的记录加锁，InnoDB 也会使用间隙锁！

恢复和复制的需要，对 InnoDB 锁机制的影响

MySQL 通过 BINLOG 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（可以参见本书“管理篇”的介绍）。MySQL 的恢复机制（复制其实就是在 Slave Mysql 不断做基于 BINLOG 的恢复）有以下特点

  • MySQL 的恢复是 SQL 语句级的，也就是重新执行 BINLOG 中的 SQL 语句。这与Oracle 数据库不同，Oracle 是基于数据库文件块的
  • MySQL的 Binlog 是按照事务提交的先后顺序记录的，恢复也是按这个顺序进行的, 这点与 Oralce 不同，Oracle 是按照系统更新号（System Change Number，SCN）来恢
    复数据的，每个事务开始时，Oracle 都会分配一个全局唯一的 SCN，SCN 的顺序与事务开始的时间顺序是一致的。

从上面两点可知，MySQL 的恢复机制要求：

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 ISO/ANSI SQL92“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 要用到间隙锁的原因，比如在用范围条件更新记录时，无论在 Read Commited 或是 Repeatable Read 隔离级别下，InnoDB 都要使用间隙锁，但这并不是隔离级别要求的

对于“insert into target_tab select * from source_tab where ...”和“create table new_tab ...select ... From source_tab where ...(CTAS)”这种 SQL 语句，用户并没有对 source_tab 做任何更新操作，但 MySQL 对这种 SQL 语句做了特别处理, 我们知道 InnoDB 也实现了多版本数据，对普通的 SELECT 一致性读，也不需要加任何锁；但这里 InnoDB 却给 source_tab 加了共享锁，并没有使用多版本数据一致性读技术！

MySQL 为什么要这么做呢？其原因还是为了保证恢复和复制的正确性。因为不加锁的话，如果在上述语句执行过程中，其他事务对 source_tab 做了更新操作，就可能导致数据恢复的结果错误。

因此，INSERT...SELECT...和CREATE TABLE...SELECT...语句，可能会阻止对源表的并发更新，造成对源表锁的等待。如果查询比较复杂的话，会造成严重的性能问题，我们在应用中应尽量避免使用。实际上，MySQL将这种SQL叫作不确定（non-deterministic）的SQL，不推荐使用

如果应用中一定要用这种 SQL 来实现业务逻辑，又不希望对源表的并发更新产生影响，可以采取以下两种措施：

  • 一是采取上面示例中的做法，将 innodb_locks_unsafe_for_binlog 的值设置为“on”，强制 MySQL 使用多版本数据一致性读。但付出的代价是可能无法用 binlog 正确地恢复或复制数据，因此，不推荐使用这种方式。
  • 二是通过使用“select * from source_tab ... Into outfile”和“load data infile ...”语句组合来间接实现，采用这种方式 MySQL 不会给 source_tab 加锁。

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之所以选择 InnoDB 表的理由。但在个别特殊事务中，也可以考虑使用表级锁。

  • 第一种情况是：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来提高该事务的执行速度。
  • 第二种情况是：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事务涉及的表，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。

  • 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存储引擎层管理的，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 层才能知道 MySQL 加的表锁，MySQL Server也才能感知 InnoDB 加的行锁，这种情况下，InnoDB 才能自动识别涉及表级锁的死锁；否则，InnoDB 将无法自动检测并处理这种死锁。有关死锁，下一小节还会继续讨论。
  • 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会隐含地提交事务；COMMIT 或 ROLLBACK 并不能释放用 LOCK TABLES 加的表级锁，必须用UNLOCK TABLES 释放表锁。

正确的方式见如下语句：

例如，如果需要写表 t1 并从表 t 读，可以按如下做：

SET AUTOCOMMIT=0;
LOCK TABLES t1 WRITE, t2 READ, ...;
[do something with tables t1 and t2 here];
COMMIT;
UNLOCK TABLES;

关于死锁

发生死锁后，InnoDB 一般都能自动检测到，并使一个事务释放锁并回退，另一个事务获得锁，继续完成事务。但在涉及外部锁，或涉及表锁的情况下，InnoDB 并不能完全自动检测到死锁，这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，造成严重性能问题，甚至拖跨数据库。我们通过设置合适的锁等待超时阈值，可以避免这种情况发生

绝大部分死锁都可以避免。下面就通过实例来介绍几种避免死锁的常用方法。

  • 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。在下面的例子中，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。
  • 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。
  • 在事务中，如果要更新记录，应该直接申请足够级别的锁，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。
  • 前面讲过，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，两个线程都会加锁成功。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
  • 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！这时如果有第 3 个线程又来申请排他锁，也会出现死锁

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。据此可以分析死锁产生的原因和改进措施

posted @ 2022-10-21 17:24  zakun  阅读(41)  评论(0)  编辑  收藏  举报
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