數(shù)據(jù)庫鎖定機(jī)制簡單來說就是數(shù)據(jù)庫為了保證數(shù)據(jù)的一致性而使各種共享資源在被并發(fā)訪問訪問變得有序所設(shè)計的一種規(guī)則；對于任何一種數(shù)據(jù)庫來說都需要有相應(yīng)的鎖定機(jī)制，Mysql也不例外。

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Mysql幾種鎖定機(jī)制類型

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MySQL 各存儲引擎使用了三種類型（級別）的鎖定機(jī)制：行級鎖定，頁級鎖定和表級鎖定。

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1.行級鎖定

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鎖定對象的顆粒度很小，只對當(dāng)前行進(jìn)行鎖定，所以發(fā)生鎖定資源爭用的概率也最小，能夠給予應(yīng)用程序盡可能大的并發(fā)處理能力；弊端就是獲取鎖釋放鎖更加頻繁，系統(tǒng)消耗更大，同時行級鎖定也最容易發(fā)生死鎖；
行級鎖定的主要是Innodb存儲引擎和NDB Cluster存儲引擎；

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2.頁級鎖定

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鎖定顆粒度介于行級鎖定與表級鎖之間，每頁有多行數(shù)據(jù)，并發(fā)處理能力以及獲取鎖定所需要的資源開銷在兩者之間；
頁級鎖定主要是BerkeleyDB 存儲引擎；

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3.表級鎖定

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一次會將整張表鎖定，該鎖定機(jī)制最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)邏輯非常簡單，帶來的系統(tǒng)負(fù)面影響最小，而且可以避免死鎖問題；弊端就是鎖定資源爭用的概率最高，并發(fā)處理能力最低；
使用表級鎖定的主要是MyISAM，Memory，CSV等一些非事務(wù)性存儲引擎。

本文重點(diǎn)介紹Innodb存儲引擎使用的行級鎖定；

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兩段鎖協(xié)議(2PL)

兩段鎖協(xié)議規(guī)定所有的事務(wù)應(yīng)遵守的規(guī)則：
1.在對任何數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作之前，首先要申請并獲得對該數(shù)據(jù)的封鎖；
2.在釋放一個封鎖之后，事務(wù)不再申請和獲得其它任何封鎖；

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即事務(wù)的執(zhí)行分為兩個階段：

第一階段是獲得封鎖的階段，稱為擴(kuò)展階段；第二階段是釋放封鎖的階段，稱為收縮階段；

begin;
insert ... ? 加鎖1
update ... ? 加鎖2
commit; ? ? ?事務(wù)提交時，釋放鎖1，鎖2

如果在加鎖2的時候，加鎖不成功，則進(jìn)入等待狀態(tài)，直到加鎖成功才繼續(xù)執(zhí)行；
如果有另外一個事務(wù)獲取鎖的時候順序剛好相反，是有可能導(dǎo)致死鎖的；為此有了一次性封鎖法，要求事務(wù)必須一次性將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則就不能繼續(xù)執(zhí)行；

定理：若所有事務(wù)均遵守兩段鎖協(xié)議，則這些事務(wù)的所有交叉調(diào)度都是可串行化的（串行化很重要，尤其是在數(shù)據(jù)恢復(fù)和備份的時候）；

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行級鎖定（悲觀鎖）

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1.共享鎖和排他鎖

Innodb的行級鎖定同樣分為兩種類型：共享鎖和排他鎖；
共享鎖：當(dāng)一個事務(wù)獲得共享鎖之后，它只可以進(jìn)行讀操作，所以共享鎖也叫讀鎖，多個事務(wù)可以同時獲得某一行數(shù)據(jù)的共享鎖；
排他鎖：而當(dāng)一個事務(wù)獲得一行數(shù)據(jù)的排他鎖時，就可以對該行數(shù)據(jù)進(jìn)行讀和寫操作，所以排他鎖也叫寫鎖，排他鎖與共享鎖和其他的排他鎖不兼容；

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既然數(shù)據(jù)庫提供了共享鎖和排他鎖，那具體用在什么地方：
1.1在數(shù)據(jù)庫操作中，為了有效保證并發(fā)讀取數(shù)據(jù)的正確性，提出的事務(wù)隔離級別，隔離級別就使用了鎖機(jī)制；
1.2提供了相關(guān)的SQL，可以方便的在程序中使用；

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2.事務(wù)隔離級別和鎖的關(guān)系

數(shù)據(jù)庫隔離級別：未提交讀(Read uncommitted)，已提交讀(Read committed)，可重復(fù)讀(Repeatable read)和可串行化(Serializable)；
未提交讀(Read uncommitted)：可能讀取到其他會話中未提交事務(wù)修改的數(shù)據(jù)，會出現(xiàn)臟讀(Dirty Read)；
已提交讀(Read committed)：只能讀取到已經(jīng)提交的數(shù)據(jù)，會出現(xiàn)不可重復(fù)讀(NonRepeatable Read)；
可重復(fù)讀(Repeatable read)：InnoDB默認(rèn)級別，不會出現(xiàn)不可重復(fù)讀(NonRepeatable Read)，但是會出現(xiàn)幻讀(Phantom Read);
可串行化(Serializable)：強(qiáng)制事務(wù)排序，使之不可能相互沖突，從而解決幻讀問題，使用表級共享鎖，讀寫相互都會阻塞；

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常用的2種隔離級別是：已提交讀(Read committed)和可重復(fù)讀(Repeatable read)；

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3.已提交讀

3.1準(zhǔn)備測試表
CREATE TABLE `test_lock` (
? `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
? `name` varchar(255) NOT NULL,
? `type` int(11) DEFAULT NULL,
? PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=3 DEFAULT CHARSET=utf8
?
mysql> insert into test_lock values(null,'zhaohui',1);
mysql> insert into test_lock values(null,'zhaohui2',2);
3.2查看和設(shè)置隔離級別
mysql> SELECT @@tx_isolation;
+-----------------+
| @@tx_isolation ?|
+-----------------+
| REPEATABLE-READ |
+-----------------+
1 row in set
?
mysql> set session transaction isolation level read committed;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> SELECT @@tx_isolation;
+----------------+
| @@tx_isolation |
+----------------+
| READ-COMMITTED |
+----------------+
3.3模擬多個事務(wù)交叉執(zhí)行
Session1執(zhí)行查詢

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
mysql> select * from test_lock where id=1;
+----+---------+------+
| id | name ? ?| type |
+----+---------+------+
| ?1 | zhaohui | ? ?1 |
+----+---------+------+
1 row in set
Session2更新數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> update test_lock set name='zhaohui_new' where id=1;
??
Query OK, 1 row affected
Rows matched: 1 ?Changed: 1 ?Warnings: 0
mysql> commit;
Query OK, 0 rows affected
Session1執(zhí)行查詢

mysql> select * from test_lock where id=1;
+----+-------------+------+
| id | name ? ? ? ?| type |
+----+-------------+------+
| ?1 | zhaohui_new | ? ?1 |
+----+-------------+------+
1 row in set
?
mysql> commit;
Query OK, 0 rows affected
Session1中出現(xiàn)了不可重復(fù)讀(NonRepeatable Read)，也就是在查詢的時候沒有鎖住相關(guān)的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致出現(xiàn)了不可重復(fù)讀，但是寫入、修改和刪除數(shù)據(jù)還是加鎖了，如下所示：

Session1更新數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> update test_lock set name='zhaohui_new2' where id=1;
Query OK, 1 row affected
Rows matched: 1 ?Changed: 1 ?Warnings: 0
Session2更新數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> update test_lock set name='zhaohui_new3' where id=1;
1205 - Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
Session2更新在更新同一條數(shù)據(jù)的時候超時了，在更新數(shù)據(jù)的時候添加了排他鎖；

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4.可重復(fù)讀

4.1查看和設(shè)置隔離級別
mysql> set session transaction isolation level repeatable read;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> SELECT @@tx_isolation;
+-----------------+
| @@tx_isolation ?|
+-----------------+
| REPEATABLE-READ |
+-----------------+
1 row in set
4.2模擬多個事務(wù)交叉執(zhí)行
Session1執(zhí)行查詢

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> select * from test_lock where type=2;
+----+----------+------+
| id | name ? ? | type |
+----+----------+------+
| ?2 | zhaohui2 | ? ?2 |
+----+----------+------+
1 row in set
Session2更新數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> update test_lock set name='zhaohui2_new' where type=2;
Query OK, 1 row affected
Rows matched: 1 ?Changed: 1 ?Warnings: 0
?
mysql> commit;
Query OK, 0 rows affected
Session1執(zhí)行查詢

mysql> select * from test_lock where type=2;
+----+----------+------+
| id | name ? ? | type |
+----+----------+------+
| ?2 | zhaohui2 | ? ?2 |
+----+----------+------+
1 row in set
可以發(fā)現(xiàn)2次查詢的數(shù)據(jù)結(jié)果是一樣的，實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)讀(Repeatable read)，再來看一下是否有幻讀(Phantom Read)的問題；

Session3插入數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> insert into test_lock values(null,'zhaohui3',2);
Query OK, 1 row affected
?
mysql> commit;
Query OK, 0 rows affected
Session1執(zhí)行查詢

mysql> select * from test_lock where type=2;
+----+----------+------+
| id | name ? ? | type |
+----+----------+------+
| ?2 | zhaohui2 | ? ?2 |
+----+----------+------+
1 row in set
可以發(fā)現(xiàn)可重復(fù)讀(Repeatable read)隔離級別下，也不會出現(xiàn)幻讀的現(xiàn)象；

分析一下原因：如何通過悲觀鎖的方式去實(shí)現(xiàn)可重復(fù)讀和不出現(xiàn)幻讀的現(xiàn)象，對讀取的數(shù)據(jù)加共享鎖，對同樣的數(shù)據(jù)執(zhí)行更新操作就只能等待，這樣就可以保證可重復(fù)讀，但是對于不出現(xiàn)幻讀的現(xiàn)象無法通過鎖定行數(shù)據(jù)來解決；
最終看到的現(xiàn)象是沒有幻讀的問題，同時如果對讀取的數(shù)據(jù)加共享鎖，更新相同數(shù)據(jù)應(yīng)該會等待，上面的實(shí)例中并沒有出現(xiàn)等待，所以mysql內(nèi)部應(yīng)該還有其他鎖機(jī)制--MVCC機(jī)制；

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5.悲觀鎖SQL使用

5.1共享鎖使用(lock in share mode)
Session1查詢數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> select * from test_lock where type=2 lock in share mode;
+----+--------------+------+
| id | name ? ? ? ? | type |
+----+--------------+------+
| ?2 | zhaohui2_new | ? ?2 |
| ?3 | zhaohui3 ? ? | ? ?2 |
+----+--------------+------+
2 rows in set
Session2查詢數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> select * from test_lock where type=2 lock in share mode;
+----+--------------+------+
| id | name ? ? ? ? | type |
+----+--------------+------+
| ?2 | zhaohui2_new | ? ?2 |
| ?3 | zhaohui3 ? ? | ? ?2 |
+----+--------------+------+
2 rows in set
Session3更新數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> update test_lock set name='zhaohui3_new' where id=3;
1205 - Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
Session1和Session2使用了共享鎖，所以可以存在多個，并不沖突，但是Session3更新操作需要加上排他鎖，和共享鎖不能同時存在；

5.2排他鎖使用(for update)
Session1查詢數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> select * from test_lock where type=2 for update;
+----+--------------+------+
| id | name ? ? ? ? | type |
+----+--------------+------+
| ?2 | zhaohui2_new | ? ?2 |
| ?3 | zhaohui3 ? ? | ? ?2 |
+----+--------------+------+
2 rows in set
Session2查詢數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> select * from test_lock where type=2 for update;
Empty set
Session3更新數(shù)據(jù)

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> update test_lock set name='zhaohui3_new' where id=3;
1205 - Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
排他鎖只能有一個同時存在，所有Session2和Session3都將等等超時；

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多版本并發(fā)控制MVCC

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多版本并發(fā)控制(Multiversion Concurrency Control)：每一個寫操作都會創(chuàng)建一個新版本的數(shù)據(jù)，讀操作會從有限多個版本的數(shù)據(jù)中挑選一個最合適的結(jié)果直接返回；讀寫操作之間的沖突就不再需要被關(guān)注，而管理和快速挑選數(shù)據(jù)的版本就成了MVCC需要解決的主要問題。
為什么要引入此機(jī)制，首先通過悲觀鎖來處理讀請求是很耗性能的，其次數(shù)據(jù)庫的事務(wù)大都是只讀的，讀請求是寫請求的很多倍，最后如果沒有并發(fā)控制機(jī)制，最壞的情況也是讀請求讀到了已經(jīng)寫入的數(shù)據(jù)，這對很多應(yīng)用完全是可以接受的；

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再來看一下可重復(fù)讀(Repeatable read)現(xiàn)象，通過MVCC機(jī)制讀操作只讀該事務(wù)開始前的數(shù)據(jù)庫的快照(snapshot), 這樣在讀操作不用阻塞寫操作，寫操作不用阻塞讀操作的同時，避免了臟讀和不可重復(fù)讀;

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當(dāng)然并不是說悲觀鎖就沒有用了，在數(shù)據(jù)更新的時候數(shù)據(jù)庫默認(rèn)還是使用悲觀鎖的，所以MVCC是可以整合起來一起使用的(MVCC+2PL)，用來解決讀-寫沖突的無鎖并發(fā)控制；
MVCC使用快照讀的方式，解決了不可重復(fù)讀和幻讀的問題，如上面的實(shí)例所示：select查詢的一直是快照信息，不需要添加任何鎖；
以上實(shí)例中使用的select方式把它稱為快照讀(snapshot read)，其實(shí)事務(wù)的隔離級別的讀還有另一層含義：讀取數(shù)據(jù)庫當(dāng)前版本數(shù)據(jù)–當(dāng)前讀(current read)；

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當(dāng)前讀和Gap鎖

區(qū)別普通的select查詢，當(dāng)前讀對應(yīng)的sql包括：

select ...for update,
select ...lock in share mode,
insert,update,delete;
以上sql本身會加悲觀鎖，所以不存在不可重復(fù)讀的問題，剩下的就是幻讀的問題；
Session1執(zhí)行當(dāng)前讀

mysql> select * from test_lock where type=2 for update;
+----+----------------+------+
| id | name ? ? ? ? ? | type |
+----+----------------+------+
| ?2 | zhaohui2_new ? | ? ?2 |
| ?3 | zhaohui3_new_1 | ? ?2 |
+----+----------------+------+
2 rows in set
Session2執(zhí)行插入

mysql> begin;
Query OK, 0 rows affected
?
mysql> insert into test_lock values(null,'zhaohui_001',1);
1205 - Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
為什么明明鎖住的是type=2的數(shù)據(jù)，當(dāng)插入type=1也會鎖等待，因?yàn)镮nnoDB對于行的查詢都是采用了Next-Key鎖，鎖定的不是單個值，而是一個范圍(GAP);
如果當(dāng)前type類型包括：1，2，4，6，8，10鎖住type=2，那么type=1，2，3會被鎖住，后面的不會，鎖住的是一個區(qū)間；這樣也就保證了當(dāng)前讀也不會出現(xiàn)幻讀的現(xiàn)象；
注：type字段添加了索引，如果沒有添加索引，gap鎖會鎖住整張表；

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樂觀鎖

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樂觀鎖是一種思想，認(rèn)為事務(wù)間爭用沒有那么多，和悲觀鎖是相對的，樂觀鎖在java的并發(fā)包中大量的使用；一般采用以下方式：使用版本號(version)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，版本號就是為數(shù)據(jù)添加一個版本標(biāo)志，一般在表中添加一個version字段；當(dāng)讀取數(shù)據(jù)的時候把version也取出來，然后version+1，更新數(shù)據(jù)庫的時候?qū)Ρ鹊谝淮稳〕鰜淼膙ersion和數(shù)據(jù)庫里面的version是否一致，如果一致則更新成功，否則失敗進(jìn)入重試，具體使用大致如下：

begin;
select id,name,version from test_lock where id=1;
....
update test_lock set name='xxx',version=version+1 where id=1 and version=${version};
commit;
先查詢后更新，需要保證原子性，要么使用悲觀鎖的方式，對整個事務(wù)加鎖；要么使用樂觀鎖的方式，如果在讀多寫少的系統(tǒng)中，樂觀鎖性能更好；

?

總結(jié)

本文首先從Mysql的悲觀鎖出發(fā)，然后介紹了悲觀鎖和事務(wù)隔離級別之間的關(guān)系，并分析為什么沒有使用悲觀鎖來實(shí)現(xiàn)隔離級別；然后從問題出發(fā)分別介紹了MVCC和Gap鎖是如何解決了不可重復(fù)讀的問題和幻讀的問題；最后介紹了樂觀鎖經(jīng)常被用在讀數(shù)據(jù)遠(yuǎn)大于寫數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中。