InnoDB锁介绍-编程知识

本文主要介绍MySQL InnoDB引擎中的各种锁策略和锁类别，并针对记录锁做演示以便于理解。

以下内容适用于MySQL 8.0版本。

读写锁

处理并发读/写访问的系统通常实现一个由两种锁类型组成的锁系统。这两种锁通常被称为共享锁(shared lock)和排他锁(exclusive lock)，也叫读锁(read lock)和写锁(write lock)。

读锁

资源上的读锁是共享的，或者说是相互不阻塞的。多个客户端可以同时读取同一个资源而互不干扰。

写锁

写锁则是排他的，也就是说，一个写锁既会阻塞读锁也会阻塞其他的写锁，这是出于安全策略的考虑，只有这样才能确保在特定的时间点只有一个客户端能执行写入，并防止其他客户端读取正在写入的资源。

锁粒度

一种提高共享资源并发性的方式就是让锁定对象更有选择性。尽量只锁定包含需要修改的部分数据，而不是所有的资源。但是锁的范围越小，管理锁的逻辑就会越复杂，开销也越大。因此锁定策略是锁开销和数据安全性之间的平衡，这种平衡会影响性能。MySQL提供了两种粒度的锁。

表锁

InnoDB的表级别锁包含五种锁模式：LOCK_IS、LOCK_IX、LOCK_X、LOCK_S以及LOCK_AUTO_INC锁。

LOCK_IS/LOCK_IX

也就是所谓的意向锁，这实际上可以理解为一种“暗示”未来需要什么样行级锁，IS表示未来可能需要在这个表的某些记录上加共享锁，IX表示未来可能需要在这个表的某些记录上加排他锁。意向锁是表级别的，IS和IX锁之间相互并不冲突，但与表级S/X锁冲突。

在对记录加S锁或者X锁时，必须保证其在相同的表上有对应的意向锁或者锁强度更高的表级锁。

LOCK_X

当加了LOCK_X表级锁时，所有其他的表级锁请求都需要等待。X锁的几个情况：

DDL操作的最后一个阶段(ha_innobase::commit_inlace_alter_table)对表上加LOCK_X锁，以确保没有别的事务持有表级锁。通常情况下Server层MDL锁已经能保证这一点了，在DDL的commit 阶段是加了排他的MDL锁的。但诸如外键检查或者刚从崩溃恢复的事务正在进行某些操作，这些操作都是直接InnoDB自治的，不走server层，也就无法通过MDL所保护；
当设置会话的autocommit变量为OFF时，执行LOCK TABLE tbname WRITE这样的操作会加表级的LOCK_X锁(ha_innobase::external_lock)；
对某个表空间执行discard或者import操作时，需要加LOCK_X锁(ha_innobase::discard_or_import_tablespace)。

LOCK_S

在DDL的第一个阶段，如果当前DDL不能通过ONLINE的方式执行，则对表加LOCK_S锁(prepare_inplace_alter_table_dict)；
设置会话的autocommit为OFF，执行LOCK TABLE tbname READ时，会加LOCK_S锁(ha_innobase::external_lock)。

当客户端想对表进行写操作（插入、删除、更新等）时，需要先获得一个写锁，这会阻塞其他客户端对该表的所有读写操作。只有没有人执行写操作时，其他读取的客户端才能获得读锁，读锁之间不会相互阻塞。

表锁的冲突和兼容情况

	X	IX	S	IS
X	Conflict	Conflict	Conflict	Conflict
IX	Conflict	Compatible	Conflict	Compatible
S	Conflict	Conflict	Compatible	Compatible
IS	Conflict	Compatible	Compatible	Compatible

从上面的描述我们可以看到LOCK_X及LOCK_S锁在实际的大部分负载中都很少会遇到。主要还是互相不冲突的LOCK_IS及LOCK_IX锁。一个有趣的问题是，每次加表锁时，却总是要扫描表上所有的表级锁对象，检查是否有冲突的锁。很显然，如果我们在同一张表上的更新并发度很高，这个链表就会非常长。

基于大多数表锁不冲突的事实，我们在RDS MYSQL中对各种表锁对象进行计数，在检查是否有冲突时，例如当前申请的是意向锁，如果此时LOCK_S和LOCK_X的锁计数都是0，就可以认为没有冲突，直接忽略检查。由于检查是在持有全局大锁lock_sys->mutex下进行的。在单表大并发下，这个优化的效果还是非常明显的，可以减少持有全局大锁的时间。

LOCK_AUTO_INC

AUTO_INC锁加在表级别，和AUTO_INC、表级S锁以及X锁不相容。锁的范围为SQL级别，SQL结束后即释放。

行锁

使用行级锁(row lock)可以最大程度地支持并发处理（也带来了最大的锁开销）。行级锁是在存储引擎而不是服务器中实现的。行锁依赖索引加锁，如果表没有索引，InnoDB会将锁加在隐藏的聚簇索引上。

Record Locks（行记录锁）

表示这个锁对象只是单纯的锁在记录上，不会锁记录之前的 GAP。比如利用唯一索引查询表中存在的一条记录。

Gap Locks（间隙锁）

间隙锁，锁定一个范围，但不包含这个范围中的行记录。

Next-Key Locks

上面两种锁的结合，锁定一个范围和这个范围内的行记录本身。目标是解决幻读问题（Phantom Problem）。

Record Locks演示

表结构

CREATE TABLE `tx_demo` (`id` bigint NOT NULL AUTO_INCREMENT,`age` int DEFAULT NULL,`name` varchar(255) DEFAULT NULL,PRIMARY KEY (`id`),KEY `idx_age` (`age`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;

数据

id	age	name
15	5	agc
16	8	agc
17	12	agc
19	13	agc

行记录锁演示

开始事务后执行SQL

-- 开始事务后执行SQL
select * from tx_demo where id = 19 for update;

查看持有锁的情况

-- 查看持有锁的情况
SELECT thread_id,INDEX_NAME,LOCK_TYPE,LOCK_MODE,LOCK_STATUS,LOCK_DATA
FROMperformance_schema.data_locks;

持有锁的情况

如上所示，该事务当前持有的锁是索引记录19，LOCK_MODE是X,REC_NOT_GAP。原因是该索引是唯一索引，并且该查询能检索出唯一一条数据。

Gap Locks演示

开始事务后执行SQL

-- 开始事务后执行SQL
select * from tx_demo where age = 10 for update;

查看持有锁的情况

-- 查看持有锁的情况
SELECT thread_id,INDEX_NAME,LOCK_TYPE,LOCK_MODE,LOCK_STATUS,LOCK_DATA
FROMperformance_schema.data_locks;

持有锁的情况

如上所示，因为表中没有age=10的记录，因此Gap Locks锁定了(8,12)这个区间，注意，不包括12个索引记录。

Next-Key Locks演示

开始事务后执行SQL

-- 开始事务后执行SQL
select * from tx_demo where age = 8 for update;

查看持有锁的情况

-- 查看持有锁的情况
SELECT thread_id,INDEX_NAME,LOCK_TYPE,LOCK_MODE,LOCK_STATUS,LOCK_DATA
FROMperformance_schema.data_locks;

持有锁的情况

如上所示，在索引idx_age上，这里涉及到的Record Locks是索引记录8，涉及到的Gap Locks有两个，分别是(5,8)、(8,12)，因此结合起来就是Next-Key Locks (5,8]和Gap Locks(8,12)。表中Next-Key Locks (5,8]的表示就是LOCK_DATA为8,16那一行，LOCK_MODE是X；表中Gap Locks(8,12)的表示就是LOCK_DATA为12,17那一行，LOCK_MODE是X,REC_NOT_GAP。