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MySQL鎖係列（一）之鎖的種類和概念

背景

鎖是MySQL裏麵最難理解的知識，但是又無處不在。
一開始接觸鎖的時候，感覺被各種鎖類型和名詞弄得暈頭轉向，就別說其他了。
本文是通過DBA的視角（非InnoDB內核開發）來分析和窺探鎖的奧秘，並解決實際工作當中遇到的問題

鎖的種類&概念

想要啃掉這塊最難的大骨頭，必須先畫一個框架，先了解其全貌，才能逐個擊破

• Shared and Exclusive Locks

* Shared lock: 共享鎖,官方描述：permits the transaction that holds the lock to read a row

eg：select * from xx where a=1 lock in share mode

* Exclusive Locks：排他鎖： permits the transaction that holds the lock to update or delete a row

eg: select * from xx where a=1 for update

• Intention Locks

1. 這個鎖是加在table上的，表示要對下一個層級（記錄）進行加鎖
2. Intention shared (IS）：Transaction T intends to set S locks on individual rows in table t
3. Intention exclusive (IX):  Transaction T intends to set X locks on those rows
4. 在數據庫層看到的結果是這樣的：
    TABLE LOCK table `lc_3`.`a` trx id 133588125 lock mode IX

• Record Locks

1. 在數據庫層看到的結果是這樣的：
    RECORD LOCKS space id 281 page no 3 n bits 72 index PRIMARY of table `lc_3`.`a` trx id 133588125 lock_mode X locks rec but not gap

2. 該鎖是加在索引上的（從上麵的index PRIMARY of table `lc_3`.`a` 就能看出來）

3. 記錄鎖可以有兩種類型：lock_mode X locks rec but not gap  && lock_mode S locks rec but not gap

• Gap Locks

1. 在數據庫層看到的結果是這樣的：
    RECORD LOCKS space id 281 page no 5 n bits 72 index idx_c of table `lc_3`.`a` trx id 133588125 lock_mode X locks gap before rec

2. Gap鎖是用來防止insert的

3. Gap鎖，中文名間隙鎖，鎖住的不是記錄，而是範圍,比如：(negative infinity, 10），(10, 11）區間，這裏都是開區間哦

• Next-Key Locks

1. 在數據庫層看到的結果是這樣的：
    RECORD LOCKS space id 281 page no 5 n bits 72 index idx_c of table `lc_3`.`a` trx id 133588125 lock_mode X

2. Next-Key Locks = Gap Locks + Record Locks 的結合, 不僅僅鎖住記錄，還會鎖住間隙，比如： (negative infinity, 10】，(10, 11】區間，這些右邊都是閉區間哦

• Insert Intention Locks

1. 在數據庫層看到的結果是這樣的：
    RECORD LOCKS space id 279 page no 3 n bits 72 index PRIMARY of table `lc_3`.`t1` trx id 133587907 lock_mode X insert intention waiting

2. Insert Intention Locks 可以理解為特殊的Gap鎖的一種，用以提升並發寫入的性能

• AUTO-INC Locks

1. 在數據庫層看到的結果是這樣的：
    TABLE LOCK table xx trx id 7498948 lock mode AUTO-INC waiting

2. 屬於表級別的鎖

3. 自增鎖的詳細情況可以之前的一篇文章:
    https://keithlan.github.io/2017/03/03/auto_increment_lock/

• 顯示鎖 vs 隱示鎖

* 顯示鎖(explicit lock)
    顯示的加鎖，在show engine innoDB status 中能夠看到  ，會在內存中產生對象，占用內存
    eg: select ... for update , select ... lock in share mode

* 隱示鎖(implicit lock)
    implicit lock 是在索引中對記錄邏輯的加鎖，但是實際上不產生鎖對象，不占用內存空間

* 哪些語句會產生implicit lock 呢？
   eg: insert into xx values(xx)
   eg: update xx set t=t+1 where id = 1 ; 會對輔助索引加implicit lock

* implicit lock 在什麼情況下會轉換成 explicit lock
  eg： 隻有implicit lock 產生衝突的時候，會自動轉換成explicit lock,這樣做的好處就是降低鎖的開銷
  eg: 比如：我插入了一條記錄10，本身這個記錄加上implicit lock，如果這時候有人再去更新這條10的記錄，那麼就會自動轉換成explicit lock

* 數據庫怎麼知道implicit lock的存在呢？如何實現鎖的轉化呢？
  1. 對於聚集索引上麵的記錄，有db_trx_id,如果該事務id在活躍事務列表中，那麼說明還沒有提交，那麼implicit則存在
  2. 對於非聚集索引：由於上麵沒有事務id，那麼可以通過上麵的主鍵id，再通過主鍵id上麵的事務id來判斷，不過算法要非常複雜，這裏不做介紹

• metadata lock

1. 這是Server 層實現的鎖，跟引擎層無關
2. 當你執行select的時候，如果這時候有ddl語句，那麼ddl會被阻塞，因為select語句擁有metadata lock，防止元數據被改掉

• 鎖遷移

1. 鎖遷移，又名鎖繼承
2. 什麼是鎖遷移呢？
    a) 滿足的場景條件：
    b）我鎖住的記錄是一條已經被標記為刪除的記錄，但是還沒有被puge
    c) 然後這條被標記為刪除的記錄，被purge掉了
    d) 那麼上麵的鎖自然而然就繼承給了下一條記錄，我們稱之為鎖遷移

• 鎖升級

鎖升級指的是：一條全表更新的語句，那麼數據庫就會對所有記錄進行加鎖，那麼可能造成鎖開銷非常大，可能升級為頁鎖，或者表鎖。
MySQL 沒有鎖升級

• 鎖分裂

1. InnoDB的實現加鎖，其實是在頁上麵做的，沒有辦法直接對記錄加鎖
2. 一個頁被讀取到內存，然後會產生鎖對象，鎖對象裏麵會有位圖信息來表示哪些heapno被鎖住，heapno表示的就是堆的序列號，可以認為就是定位到某一條記錄
3. 大家又知道，由於B+tree的存在，當insert的時候，會產生頁的分裂動作
4. 如果頁分裂了，那麼原來對頁上麵的加鎖位圖信息也就變了，為了保持這種變化和鎖信息，鎖對象也會分裂，由於繼續維護分裂後頁的鎖信息

• 鎖合並

鎖的合並，和鎖的分裂，其實原理是一樣的，參考上麵即可。

至於鎖合並和鎖分裂的算法，比較複雜，這裏就不介紹了

• latch vs lock

* latch
  mutex
  rw-lock
  臨界資源用完釋放
  不支持死鎖檢測
  以上是應用程序中的鎖，不是數據庫的鎖

* lock
  當事務結束後，釋放
  支持死鎖檢測
  數據庫中的鎖

鎖的兼容矩陣

• X vs S

• IS,IX,S,X

• AI,IS,IX,S,X

參考資料

1. https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-locking.html
2. MySQL技術內幕：InnoDB 存儲引擎
3. MySQL內核：InnoDB 存儲引擎

最後更新：2017-06-05 16:31:56

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