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MySQL基础篇(06)：事务管理，锁机制案例详解

2020年03月19日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

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一、锁概念简介

1、基础描述

锁机制核心功能是用来协调多个会话中多线程并发访问相同资源时，资源的占用问题。锁机制是一个非常大的模块，贯彻mysql的几大核心难点模块：索引，锁机制，事务。这里是基于mysql5.6演示的几种典型场景，对面mysql这几块问题时，有分析流程和思路是比较关键的。在mysql中常见这些锁概念：共享读锁、排它写锁 ; 表锁、行锁、间隙锁。

2、存储引擎和锁

  • myisam引擎：基于读写两种模式，支持表级锁 ;
  • innodb引擎：支持行级别读写锁，跨行的间隙锁,innodb也支持表锁 ;

3、锁操作api

  • lock table name [read,write] ;加表锁
  • unlock tables ; 释放标所

二、myisam锁机制

1、基础描述

mysql的表级锁有两种模式：共享读锁（read-lock）和排它写锁（write-lock）。针对myisam表的读操作，不会阻塞其他线程对同一表的读请求，但阻塞对同一表的写请求；针对myisam表的写操作，会阻塞其他线程对同一表的读和写操作；myisam引擎读写操作之间，以及写与写操作之间是串行化。当一次会话线程获取表的写锁后，只有当前持有锁的会话线程可以对表进行操作。其它线程的读、写操作都会等待，直到锁被释放为止。

2、验证案例

基于上面的表锁机制特点，使用下面两个案例验证。

  • 基础表结构
create table `dc_user` (
  `id` int(11) not null auto_increment comment 'id',
  `user_name` varchar(20) default null comment '用户名',
  `tell_phone` varchar(20) default null comment '手机号',
  primary key (`id`)
) engine=myisam default charset=utf8 comment='用户表';
create table `dc_user_info` (
  `user_id` int(11) not null comment '用户id',
  `city` varchar(20) default null comment '城市',
  `country` varchar(20) default null comment '国家',
  primary key (`user_id`)
) engine=myisam default charset=utf8 comment='用户信息表';
  • 共享读锁

会话窗口一

-- 1、加读锁
lock table dc_user read ;
-- 2、当前会话查询，ok
select * from dc_user ;
-- 4、当前会话写入，error
insert into dc_user (user_name,tell_phone) values ('lock01','13267788998');
-- 6、查询其他表,error
select * from dc_user_info ;
-- 7、释放锁
unlock tables ;

会话窗口二

-- 3、其他会话查询，ok
select * from dc_user ;
-- 5、其他会话写入，error
insert into dc_user (user_name,tell_phone) values ('lock01','13267788998');
-- 8、再次执行写入读取，ok
insert into dc_user (user_name,tell_phone) values ('lock01','13267788998');
select * from dc_user ;

这里验证表锁的共享读机制。

  • 排它写锁

这里验证表锁的排它写机制。

  • 查询锁争用

通过下面语句查看配置，

show status like 'table%';

table_locks_waited的值越大，锁争用情况越严重，效率则越低下。

3、并发写入问题

针对排它写锁的测试案例再说明：在一定条件下，myisam表也支持查询和插入操作的并发执行。通过配置系统变量concurrent_insert的值[0,1,2]，可以实现并发写入。

  • concurrent_insert=0，禁止并发写入;
  • concurrent_insert=1，默认配置auto，在myisam表中没有空洞，即表的中间没有被删除的行，例如[1,2,3],删除2之后[1,,3]，则允许在读表的同时，另一个线程从表尾写入记录。
  • concurrent_insert=2，无论myisam表中有没有空洞，都允许在表尾并发插入记录。
    在下面的例子中，session_1获得了一个表的read local锁，该线程可以对表进行查询操作，但不能对表进行更新操作；其他的线程（session_2），虽然不能对表进行删除和更新操作，但却可以对该表进行并发插入操作，这里假设该表中间不存在空洞。

4、优先级问题

myisam存储引擎的读锁和写锁是互斥的，读写操作是串行的。但是当一个读操作和写操作同时请求，写数据会优先获得锁，这一机制可以通过配置修改，指定配置参数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，使该会话的写操作优先级降低。
  • 指定insert、update、delete语句的low_priority属性，降低该语句的优先级。

5、表锁应用

数据一致性校验问题，比如销售量+剩余库存=货品总量，在校验时就要在一次会话中同时锁住订单表和库存表，免得在读取订单表的时候，库存表被修改，导致数据误差出现。

三、innodb锁机制

1、事务基础概念

  • 事务概念

事务是指作为单个逻辑工作单元执行的一系列操作（sql语句）。这些操作要么全部成功，要么全部不成功。

  • 事务特性acid

原子性(atomicity)：事务中的多个操作要么都成功要么都失败

一致性(consistency)：事务的执行的前后数据的完整性保持一致

隔离性(isolation)：事务执行的过程中,不应该受到其他事务的干扰

持久性(durability)：事务一旦结束,数据就持久到数据库

  • 事务问题

脏读：一个事务读到另一个事务没有提交的数据

不可重复读：一个事务前后多次读取相同数据，数据内容不一致，update场景问题

虚读(幻读)：一个事务前后多次读取，数据总量不一致，insert场景问题

  • 隔离级别

read uncommitted:事务可以读取另一个未提交事务的数据。

read committed：事务要等另一个事务提交后才能读取数据,解决脏读。

repeatable read：在开始读取数据时,事务开启,不再允许修改操作,解决：脏读、不可重复读。

serializable：最高事务隔离级别，事务串行化顺序执行，解决脏读、不可重复读、幻读。但是效率低下，耗数据库性能。

2、锁机制描述

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，事务的引入也带来新问题：并发，死锁等。

  • 共享锁：又称读锁。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。若事务t对数据对象a加上共享锁，则事务t可以读a但不能修改a，其他事务只能再对a加共享锁，而不能加写锁，直到t释放a上的共享锁。这保证了其他事务可以读a，但在t释放a上的s锁之前不能对a做任何修改。

  • 排他锁：又称写锁。允许获取排他锁的事务更新数据，阻止其他事务取得相同的资源的共享读锁和排他锁。若事务t对数据对象a加上写锁，事务t可以读a也可以修改a，其他事务不能再对a加任何锁，直到t释放a上的写锁。

3、验证案例

  • 基础表结构
create table `dc_user_in01` (
  `id` int(11) default null comment 'id',
  `user_name` varchar(20) default null comment '用户名',
  `tell_phone` varchar(20) default null comment '手机号'
) engine=innodb default charset=utf8 comment='用户表';

create table `dc_user_in02` (
  `id` int(11) not null auto_increment comment 'id',
  `user_name` varchar(20) default null comment '用户名',
  `tell_phone` varchar(20) default null comment '手机号',
  primary key (`id`)
) engine=innodb default charset=utf8 comment='用户表';

注意结构：表dc_user_in01主键没有索引。表dc_user_in02主键有索引，但是都使用innodb存储引擎，下面验证案例会有不同。

  • 无索引结构表

会话窗口一

-- 1、关闭自动提交
set autocommit = 0 ;
-- 2、查询id=1，ok
select * from dc_user_in01 where id=1 ;
-- 3、添加写锁失败
select * from dc_user_in01 
where id=1 for update ;
-- 4、恢复事务提交
set autocommit = 1 ;

会话窗口二

-- 1、关闭自动提交
set autocommit = 0 ;
-- 2、查询id=2，ok
select * from dc_user_in01 where id=2 ;
-- 3、写入失败(等待)
insert into dc_user_in01 (id,user_name,tell_phone) 
values (3,'lock01','13267788998');
-- 4、写锁失败(等待)
select * from dc_user_in01 
where id=2 for update ;
-- 5、恢复事务提交
set autocommit=1 ;
  • 索引结构表

会话窗口一

-- 1、关闭自动提交
set autocommit = 0 ;
-- 2、查询id=1，ok
select * from dc_user_in02 where id=1 ;
-- 3、添加写锁成功
select * from dc_user_in02 where id=1 for update ;
-- 执行到这里，再执行窗口2
-- 4、恢复事务提交
set autocommit = 1 ;

会话窗口二

-- 1、关闭自动提交
set autocommit = 0 ;
-- 2、查询id=2，ok
select * from dc_user_in02 where id=2 ;
-- 3、查询id=1，ok，加读锁
select * from dc_user_in02 where id=1 ;
-- 4、写入成功
insert into dc_user_in02 (user_name,tell_phone) values ('lock01','13267788998');
-- 5、加写锁成功，id为2的
select * from dc_user_in02 
where id=2 for update ;
-- 6、加写锁失败(等待)，占用id为1的
select * from dc_user_in02 where id=1 for update ;
-- 7、恢复事务提交
set autocommit=1 ;
  • 索引失效问题

这里要注意索引是否被使用问题，在很多查询中，可能因为种种原因导致索引不执行。

explain select * from dc_user_in02 where id=1 ;
  • 查询锁争用
show status like 'innodb_row_lock%';

innodb_row_lock_waits和innodb_row_lock_time_avg的值越大，锁争用情况越严重，效率则越低下。

4、next-key锁

  • 官方文档说明

为了防止幻读，innodb使用了一种名为next-key锁定的算法，它将记录锁和间隙锁定结合在一起即：innodb在执行行级锁的时候，会用这种方式-扫描索引记录，会在符合索引条件的记录上加共享锁或者独占锁。

[next-key]=[record-lock]+[gap-lock]

如果说上面的几种锁机制给人的感觉是昏天暗地，那个这个next-key算法就会叫人怀疑人生。

  • 验证案例

这里主要验证gap-lock间隙锁的存在机制。

create table `dc_gap` (
  `id` int(11) not null auto_increment comment 'id',
  `id_index` int(11) not null comment 'index',
  primary key (`id`),
  key `id_index` (`id_index`)
) engine=innodb auto_increment=7 default charset=utf8 comment='间隙表';
insert into `dc_gap` (`id`, `id_index`) values ('1', '2');
insert into `dc_gap` (`id`, `id_index`) values ('3', '4');
insert into `dc_gap` (`id`, `id_index`) values ('6', '7');
insert into `dc_gap` (`id`, `id_index`) values ('8', '7');
insert into `dc_gap` (`id`, `id_index`) values ('9', '9');

会话窗口一

-- 1、开始事务
start transaction ;
-- 3、锁定id_index=7的两条记录
select * from dc_gap 
where id_index=7 for update ;
-- 9、提交
commit ;

会话窗口二

-- 2、开始事务
start transaction ;
-- 4、写入等待,id_index=6
insert into `dc_gap` (`id`, `id_index`) values ('4', '6');
-- 5、写入等待,id_index=4
insert into `dc_gap` (`id`, `id_index`) values ('4', '4');
-- 6、写入成功,id_index=3
insert into `dc_gap` (`id`, `id_index`) 
values ('4', '3');
-- 7、写入等待,id_index=9
insert into `dc_gap` (`id`, `id_index`) values ('7', '9');
-- 8、写入成功,id_index=10
insert into `dc_gap` (`id`, `id_index`) values ('7', '10');

7向上到4有间隙，7向下到9有间隙，所以间隙锁定[4,9]，且包含首尾值。

5、dead-lock锁

  • 基础描述

两个或者多个事务在同一个资源上相互占用，并请求锁定对方占用的资源，从而导致死循环现象，也就是死锁。

  • 验证案例

会话窗口一

-- 1、开启事务
start transaction ;
-- 3、占用id=6的资源
select * from dc_gap where id=6 for update ;
-- 5、占用id=9的资源等待
select * from dc_gap where id=9 for update ;

会话窗口二

-- 2、开启事务
start transaction ;
-- 4、占用id=9的资源
select * from dc_gap where id=9 for update ;
-- 6、占用id=6的资源抛死锁
select * from dc_gap where id=6 for update ;

补刀一句：数据库实现各种死锁检测机制，或者死锁超时等待结束，innodb存储引擎在检测到死锁后，会立即返回错误，不然两个事务会隔空对望，一眼万年。

注意：死锁在事务型业务中，是无法绝对避免的，锁定资源少，粒度细，尽量避免该情况出现。

四、源代码地址

github·地址
https://github.com/cicadasmile/mysql-data-base
gitee·地址
https://gitee.com/cicadasmile/mysql-data-base

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