MySQL锁机制详解

Posted 30 days ago Updated 30 days ago

By Shawn

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MySQL的锁机制是数据库并发控制的核心，用于保证数据一致性和完整性。本文将全面介绍MySQL中的各种锁类型、其目的、工作原理以及应用场景。

一、锁的基本概念

锁是数据库用于控制并发访问的机制，确保在多用户环境下数据的一致性。MySQL中的锁根据粒度、模式和实现方式可分为多种类型。

锁的基本术语

中文名称        | 英文缩写 | 完整英文名称
---------------|---------|-------------
共享锁         | S锁     | Shared Lock
排他锁         | X锁     | Exclusive Lock
意向共享锁     | IS锁    | Intention Shared Lock
意向排他锁     | IX锁    | Intention Exclusive Lock
记录锁         | -       | Record Lock
间隙锁         | -       | Gap Lock
临键锁         | -       | Next-Key Lock
插入意向锁     | II锁    | Insert Intention Lock

二、按锁的粒度分类

1. 全局锁

定义：对整个数据库实例加锁。

获取方式：FLUSH TABLES WITH READ LOCK

目的：获取全局一致性视图，主要用于全库逻辑备份。

特点：

阻塞所有写操作
阻塞更新表结构的操作
阻塞已经申请但未释放写锁的事务

释放方式：

UNLOCK TABLES;

2. 表级锁

2.1 表锁

定义：最基本的锁策略，锁定整张表。

获取方式：

-- 读锁（共享锁）
LOCK TABLES 表名 READ;

-- 写锁（排他锁）
LOCK TABLES 表名 WRITE;

目的：

读锁：允许多个事务同时读取表，但阻止写入
写锁：允许持有锁的事务读写表，阻止其他事务读写

特点：

开销小，加锁快
不会出现死锁
锁定粒度大，发生锁冲突的概率高

2.2 元数据锁（MDL锁）

定义：保护表结构的锁。

获取方式：系统自动添加，无需手动干预。

目的：防止在表被访问时修改表结构。

特点：

读取数据时自动加MDL读锁
修改表结构时自动加MDL写锁
MDL读锁之间不互斥，但与MDL写锁互斥

2.3 意向锁

定义：表明事务想要在表的某些行上加锁的意图。

类型：

意向共享锁（IS锁）：表示事务想要获取表中某些行的共享锁
意向排他锁（IX锁）：表示事务想要获取表中某些行的排他锁

获取方式：当事务需要获取行锁时，InnoDB会自动在表上加相应的意向锁。

目的：避免在加表级锁时逐行检查是否有行锁，提高效率。

特点：

意向锁之间不互斥
意向锁与表锁互斥

3. 行级锁

行级锁是InnoDB存储引擎的特色，粒度最小，支持最大并发，但开销也最大。

3.1 记录锁（Record Lock）

定义：锁定索引记录。

获取方式：

-- 共享记录锁
SELECT * FROM 表名 WHERE 条件 LOCK IN SHARE MODE;

-- 排他记录锁
SELECT * FROM 表名 WHERE 条件 FOR UPDATE;

目的：防止其他事务修改或删除记录。

特点：

只锁定索引记录，不锁定记录之间的间隙
必须有索引，否则会进行全表扫描，对表中的每一行记录加上锁（可重复读级别下是Next-Key Lock），这会导致锁定范围非常大，效果类似于表锁，性能急剧下降
可以是共享锁或排他锁

3.2 间隙锁（Gap Lock）

定义：锁定索引记录之间的间隙。

获取方式：在REPEATABLE READ隔离级别下，使用范围条件查询时自动应用。

目的：防止其他事务在间隙中插入数据，解决幻读问题。

特点：

仅在REPEATABLE READ及以上隔离级别存在
锁定的是开区间，不包含边界记录
间隙锁之间不互斥，但与插入意向锁互斥

3.3 临键锁（Next-Key Lock）

定义：记录锁与间隙锁的组合，锁定记录及其前面的间隙。

获取方式：在REPEATABLE READ隔离级别下，针对范围查询自动应用。

目的：全面防止幻读。

特点：

锁定范围是前开后闭区间，如(1,5]表示锁定间隙(1,5)和记录5
InnoDB默认的行锁算法
可以解决幻读问题

3.4 插入意向锁（Insert Intention Lock）

定义：一种特殊的间隙锁，表明插入意图。

获取方式：在执行INSERT操作前自动获取。

目的：提高并发插入性能。

特点：

多个事务可以在同一间隙中获取插入意向锁（如果插入位置不同）
与间隙锁和Next-Key Lock互斥

三、按锁的模式分类

1. 共享锁（S锁）

定义：允许多个事务同时读取同一资源。

获取方式：

SELECT * FROM 表名 WHERE 条件 LOCK IN SHARE MODE;

目的：允许并发读，阻止写入。

特点：

多个事务可以同时持有同一资源的S锁
S锁与X锁互斥

2. 排他锁（X锁）

定义：独占锁，阻止其他事务获取任何类型的锁。

获取方式：

SELECT * FROM 表名 WHERE 条件 FOR UPDATE;
UPDATE 表名 SET 字段=值 WHERE 条件;
DELETE FROM 表名 WHERE 条件;

目的：确保只有一个事务能修改数据。

特点：

一个资源上只能有一个X锁
X锁与任何锁都互斥（除了间隙锁）

四、锁的兼容性

1. 表级锁的兼容性矩阵

已持有锁\请求锁 | 意向共享锁(IS) | 意向排他锁(IX) | 共享锁(S) | 排他锁(X)
--------------|--------------|--------------|----------|----------
意向共享锁(IS) |      √       |      √       |    √     |    ×
意向排他锁(IX) |      √       |      √       |    ×     |    ×
共享锁(S)     |      √       |      ×       |    √     |    ×
排他锁(X)     |      ×       |      ×       |    ×     |    ×

说明：

✓表示兼容，可以同时持有
× 表示不兼容，会阻塞等待

2. 行级锁的兼容性矩阵

已持有锁\请求锁 | 共享锁(S) | 排他锁(X) | 间隙锁(Gap) | 插入意向锁(II)
--------------|----------|----------|------------|---------------
共享锁(S)     |    √     |    ×     |     √      |       √
排他锁(X)     |    ×     |    ×     |     √      |       ×
间隙锁(Gap)   |    √     |    √     |     √      |       ×
插入意向锁(II) |    √     |    ×     |     ×      |       √

说明：

✓ 表示兼容，可以同时持有
× 表示不兼容，会阻塞等待
间隙锁之间是兼容的，这是因为间隙锁的目的是防止插入，而不是防止其他会话再加间隙锁
间隙锁与记录锁（S/X）是兼容的，因为它们锁定的对象不同
插入意向锁与间隙锁互斥，这确保了在有间隙锁的情况下无法插入记录

五、不同隔离级别下的锁行为

1. READ UNCOMMITTED（读未提交）

读操作不加锁
写操作加排他锁
不使用间隙锁和Next-Key Lock
可能出现脏读、不可重复读和幻读

2. READ COMMITTED（读已提交）

读操作使用快照读（MVCC），不加锁
写操作加记录锁，不加间隙锁
每次读取创建新的ReadView
解决脏读，但可能出现不可重复读和幻读

3. REPEATABLE READ（可重复读，InnoDB默认）

读操作使用快照读（MVCC），不加锁
写操作使用Next-Key Lock
事务第一次读取时创建ReadView并复用
解决脏读和不可重复读，默认也能解决大部分幻读情况

4. SERIALIZABLE（串行化）

读操作自动转换为SELECT ... LOCK IN SHARE MODE
写操作加Next-Key Lock
完全串行化执行
解决所有并发问题，但性能最差

六、行锁实例分析

1. 记录锁示例

假设有表users(id PK, name)，数据为：(1,'张三')、(5,'李四')、(10,'王五')

-- 事务A
BEGIN;
SELECT * FROM users WHERE id = 5 FOR UPDATE;
-- 此时id=5的记录上有排他锁

-- 事务B
BEGIN;
SELECT * FROM users WHERE id = 5 FOR UPDATE; -- 会被阻塞
SELECT * FROM users WHERE id = 1 FOR UPDATE; -- 可以执行，因为id=1没有被锁定

2. 间隙锁示例

-- 事务A
BEGIN;
SELECT * FROM users WHERE id > 1 AND id < 10 FOR UPDATE;
-- 此时(1,5)和(5,10)上有间隙锁

-- 事务B
BEGIN;
INSERT INTO users VALUES (3, '赵六'); -- 会被阻塞，因为(1,5)上有间隙锁
INSERT INTO users VALUES (11, '钱七'); -- 可以执行，因为(10,正无穷)上没有间隙锁

3. Next-Key Lock示例

-- 事务A
BEGIN;
SELECT * FROM users WHERE id >= 5 AND id <= 10 FOR UPDATE;
-- 此时(1,5]和(5,10]上有Next-Key Lock

-- 事务B
BEGIN;
INSERT INTO users VALUES (3, '赵六'); -- 可以执行，因为(1,5)上只有(1,5]的Next-Key Lock，不包含3
INSERT INTO users VALUES (7, '钱七'); -- 会被阻塞，因为(5,10]上有Next-Key Lock

七、特殊锁类型

1. 自增锁（Auto-increment Lock）

定义：专门针对自增列的特殊表级锁。

控制参数：innodb_autoinc_lock_mode

0：传统模式，使用表级锁
1：连续模式，批量插入使用表锁，单行插入使用轻量级锁
2：交错模式，所有插入使用轻量级锁

目的：保证自增值的唯一性和连续性。

2. 隐式锁（Implicit Lock）

定义：InnoDB自动添加的锁，不在锁管理器中显式记录。

目的：减少锁开销，提高并发性能。

工作原理：

插入新记录时，不立即在内存中创建锁结构
其他事务尝试锁定该记录时，检查记录的事务ID
如果记录由活跃事务创建，则将隐式锁转换为显式锁并等待

八、锁的监控与分析

1. 查看当前锁状态

-- 查看当前事务
SELECT * FROM information_schema.innodb_trx;

-- 查看当前锁
SELECT * FROM performance_schema.data_locks;

-- 查看锁等待
SELECT * FROM performance_schema.data_lock_waits;

-- 查看InnoDB状态，包含最近的死锁信息
SHOW ENGINE INNODB STATUS;

2. 死锁分析

死锁是指两个或多个事务互相持有对方需要的锁，导致都无法继续执行的情况。

死锁检测与处理：

InnoDB自动检测死锁
发现死锁后，会回滚undo量最小的事务
可通过SHOW ENGINE INNODB STATUS查看死锁信息

避免死锁的方法：

按固定顺序访问表和行
减少事务的大小和持续时间
使用合理的索引
降低隔离级别
避免使用LOCK IN SHARE MODE和FOR UPDATE

九、锁优化策略

1. 索引优化

确保查询条件使用索引，避免全表扫描导致的表锁
避免索引失效：如使用函数、类型转换、不等于、or等

2. 事务优化

控制事务大小，减少锁定时间
将大事务拆分为小事务
按固定顺序访问表和行，避免死锁

3. 隔离级别选择

根据业务需求选择合适的隔离级别
不需要防止幻读的场景可以使用READ COMMITTED

4. 参数调优

innodb_lock_wait_timeout：锁等待超时时间（默认50秒）
innodb_deadlock_detect：死锁检测（默认开启）
innodb_autoinc_lock_mode：自增锁模式

十、总结

MySQL的锁机制是保证数据一致性的核心机制，特别是InnoDB的行锁机制，通过多种类型的锁实现了高并发下的数据保护。理解不同类型锁的目的、行为和兼容性，对于设计高性能、高可靠性的数据库应用至关重要。

在实际应用中，应根据业务特点选择合适的锁策略，平衡数据一致性和系统性能的需求，通过合理的索引设计、事务控制和监控分析，最大限度地发挥MySQL锁机制的优势。

知识笔记

MySQL

License: CC BY 4.0