一文了解Mysql的InnoDB存储引擎中的锁

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本文主要内容:
介绍InnoDB中的锁的类型(X、S、IX、IS)。
解释为什么引入意向锁
行锁的三种算法:Record Lock,Gap Lock,Next-key Lock

一、InnoDB存储引擎中的锁

锁,在现实生活中是为我们想要隐藏于外界所使用的一种工具。在计算机中,是协调多个进程或县城并发访问某一资源的一种机制。在数据库当中,除了传统的计算资源(CPU、RAM、I/O等等)的争用之外,数据也是一种供许多用户共享访问的资源。如何保证数据并发访问的一致性、有效性,是所有数据库必须解决的一个问题,锁的冲突也是影响数据库并发访问性能的一个重要因素。从这一角度来说,锁对于数据库而言就显得尤为重要。

相对于其他的数据库而言,MySQL的锁机制比较简单,最显著的特点就是不同的存储引擎支持不同的锁机制。根据不同的存储引擎,MySQL中锁的特性可以大致归纳如下:

一文了解Mysql的InnoDB存储引擎中的锁

这里锁的对象是事务,用来锁定数据库中的对象,如:表、页、行。并且一般锁的对象仅在事务commit或rollback后进行释放。并且有死锁机制。

下面我们看InnoDB存储引擎中两种标准的行级锁:

  • 共享锁(S Lock),允许事务读一行数据
  • 排它锁(X Lock),允许事务删除或更新一行数据
  • 若事务T对数据对象A加上S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S锁,而不能加X锁,直到T释放A上的S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。

    若事务T对数据对象A加上X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上的锁。

    上述情况称为锁不兼容。

    此外,InnoDB存储引擎还支持多粒度锁定,这种锁定允许事务在行级上的锁和表级上的锁同时存在。为了支持在不同粒度上进行加锁操作,InnoDB存储引擎支持一种额外的锁方式,称之为意向锁。

    所谓意向锁,就是将要锁定的对象分成多个层次,意向锁意味着事务希望在更细粒度上进行加锁。如果把上锁的对象看成树形结构(从根到叶为从粗粒度到细粒度的顺序),那么对最下层的对象上锁,必须先对他的上层节点上锁。

    举个例子,比如事务T要对某一行R1加X锁,必须先对R1所在的表T1加意向锁IX(Intention X Lock)。相应的也有IS(Intetion S Lock)锁。

    刚开始我也是很懵的,不知道引入意向锁到底是干嘛的。后来再刷书的时候,才豁然开朗。下面我谈下我的理解。

    因为引入意向锁是用来实现多粒度锁定的,即行锁和表锁同时存在。我们看看如果不引入意向锁,怎么判断。

    如果事务T要对表T1加X锁,那么这是就必须要判断T1表下的每一行记录是否加了S锁或X锁(因为上面提到了锁有不兼容性)。这样做效率无疑很低。那么引入意向锁之后呢?

    如果事务T要对表T1加X锁,在这之前,已经有事务对表T1中的行记录R加了S锁,那么此时在表T1上有IS锁,当事务T对表T1准备加X锁时,由于X锁与IS锁不兼容(关于兼容性后面会给出表格),所以事务T要等待行锁操作完成。你看,这样就省去了遍历的操作,提升了锁定父节点(本例为表T1)的效率。

    下图就是X、S、IX、IS锁的兼容性了:

    一文了解Mysql的InnoDB存储引擎中的锁

    二、锁的算法

    InnoDB存储引擎有3种行锁的算法,分别是:

  • Record Lock:单个行记录上的锁
  • Gap Lock:间隙锁,锁定一个范围,但不包含记录本身
  • Next-Key Lock:Gap Lock+Record Lock,锁定一个范围,并且锁定记录本身。
  • 举例说明:
    假如一个索引有10,11,13,20这四个值。那么该索引可能被Next-Key Locking的区间为:
    (-∞,10]
    (10,11]
    (11,13]
    (13,20]
    (20,+∞)

    注 对于Next_Key Lock,如果我们锁定了一个行,且查询的索引含有唯一属性时(即有唯一索引),那么这个时候InnoDB会将Next_Key Lock优化成Record Lock,也就是锁定当前行,而不是锁定当前行加一个范围;如果我们使用的不是唯一索引锁定一行数据,那么此时InnoDB就会按照本来的规则锁定一个范围和记录。还有需要注意的点是,当唯一索引由多个列组成时,如果查询仅是查找其中的一个列,这时候是不会降级的。还有注意的点是,InnoDB存储引擎还会对辅助索引的下一个键值区间加上gap lock(这么做也是为了防止幻读)。Next_Key Lock是为了解决数据库出现幻读的问题。

    关于如何加锁详见我的这篇文章:Mysql的一致性非锁定读和一致性锁定读

    有关脏读、不可重复读、幻读详见我的这篇文章浅析Mysql的隔离级别及MVCC

    InnoDB存储引擎默认的事务隔离级别是RR级别,即可重复读。在该级别下,采用next-key locking的方式加锁。故而可以防止幻读现象。

    举例一下,为什么next-key locking 可以解决幻读问题吧:

    所谓幻读,就是在同一事务下,连续执行两次同样的SQL语句可能导致不同的结果,第二次的SQL语句可能会返回之前不存在的行。

    创建表t:

    
    create table t (a int primary key);
    insert into t select 1;
    insert into t select 2;
    insert into t select 5;
    

    这时有三行记录,分别是1,2,5。

    假设有如下执行序列:

    一文了解Mysql的InnoDB存储引擎中的锁

    我们分析一下,会话A在时间2查询的结果为5,由于使用了select…for update语句,为(2,+∞)这个范围加了X锁。因此任何对于这个范围的插入都是不被允许的,由于4在这个范围,所以不允许插入,也就避免了幻读。

    参考资料 《mysql技术内幕--InnoDB存储引擎》

    本人花费半年的时间总结的《Java面试指南》已拿腾讯等大厂offer,已开源在github ,欢迎star!

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