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一、锁的介绍
锁是计算机协调多个进程或者线程并发访问某一资源的机制。那么如何保证数据并发访问的一致性、有效性是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,所以数据库中锁的应用极为重要,其复杂度也更高。
锁的分类,以锁的颗粒度为三类:
全局锁:锁定数据库中的所有表。
表级锁:每次操作锁住整张表。
行级锁:每次操作都锁到对应行的数据。
接下来就分别对这几种锁做一个解释。
二、全局锁
1、概念
对整个数据库实例加锁,加锁后整个实例就处于只读状态,对于后面的DML语句,DDL语句,已经更新操作的事务提交语句都会被阻塞。
典型的场景应用:数据备份。对所有的表进行锁定,从而获取数据的一致性,保证数据的完整性。
如图所示,我们加了全局锁之后,使用mysqldump取备份数据的时候,其他客户端的事务是不能执行DML操作、DDL操作的,但可以执行DQL操作,当我们备份好数据后,导出xxx.sql文件后,再解开锁,此时DML操作、DDL操作才生效。
(其中DML操作是指:对数据进行增加、删除、修改操作。DDL操作是指:主要是进行定义/改变表的结构、数据类型、表之间的链接等操作。DQL操作是指:对数据进行查询操作。还有DCL操作是指:主要是用来设置/更改数据库用户权限。)
2、语句
加锁:flush tables with read lock;
解锁:unlock table
3、不足
①:如果在主库上备份,那么备份期间都不能执行更新,业务基本上就停摆了 。
②:如果在从库上备份,那么在备份期间不能执行同步过来的二进制日志洗,会导致延迟。
二、表级锁
对于表级锁,锁定粒度答,发生锁冲突的概率 最高,并发度低。应用在MyISAM、InnoDB、BDB等存储引擎中。
表级锁分为表锁、元数据锁、意向锁三类。
1、表锁
(1)表共享读锁(read lock)
如图所示有两个客户端Client1、Client2当Client1执行加锁操作后,Client1、Client2都只能执行DQL操作不能执行DDL/DML操作(进行堵塞)。只有当Client1解锁后,才能恢复DDL/DML的操作。
(2)表独占写锁(write lock)
如图所示有两个客户端Client1、Client2当Client1执行加锁操作后,Client1对该表能读能写,Client2不能执行DQL操作和不能执行DDL/DML操作(进行堵塞)。只有当Client1解锁后,才能恢复Client2的DQL/DDL/DML的操作。
(3)语法
加锁:lock tables 表名 read/write。
释放锁:unlock tables / 客户端断开。
2、元数据锁(MDL)
元数据锁:加锁过程是系统自动控制的,无需显示使用,主要作用是为了维护表元数据的一致性。 在表中若有未提交的事务,不可以对元数据进行写入操作。 对表进行增删查改的时候加入MDL读锁(共享), 对表结构进行变更操作的时候加入MDL写锁(排他)。
MDL的读锁分为类型分为shared_read(执行select、select xxx lock in share mode 触发)、shared_write(执行insert、update、delete、select...for update 触发)。
①:读锁之间是兼容的
如图所示,两个客户端Client1、Client2,当这两个客户端执行CRUD操作的时候,系统就自动添加了MDL的读锁,而读锁之间是不排斥的,所以Client1与Client2对User表的操作不会造成堵塞。
②:读锁与写锁排斥、写锁与写锁排斥
如图所示,两个客户端Client1、Client2,假设Client1执行了DQL操作,那么此时系统产生了MDL读锁,如果这时我们的Client2执行DDL操作,就会被堵塞,因为DDL操作产生的是MDL的写锁,会与MDL的写锁排斥。此时只有Client1commit提交后,Client2的语句才会生效。
3、意向锁
为了避免DML在执行时,加的行锁与表锁的冲突,在InnoDB中引入了意向锁,使得表锁不用检查 每行数据是否加锁,使得意向锁来减少表锁的检查。
如图所示,当我们Client1执行一个update语句的时候,我们的mysql 会默认对更新的行加上行锁,
若此时没有意向锁,且Client2想对整张表进行锁表操作,那么Client2就会从第一条记录开始一条条查找对应行有没有行锁,找到行锁后在判断该行锁类型与添加的表锁是否冲突,再决定是否加锁,现实这个过程效率很低。
假如我们加了意向锁,如图所示,此时Client1执行上诉同样的操作,而Client2在执行使先 判断当前的意向锁 与表锁是否兼容:若兼容直接加锁,若不兼容则Client2的操作会阻塞,直到Client1进行了commit操作,且释放意向锁和行锁后,才生效。此时不用逐行检查行锁的情况,效率增加。
意向锁分为两类意向共享锁(IS)和意向排他锁(IX)两类,接下来做以下介绍。
(1)意向共享锁(IS)
意向共享锁,与表锁的表共享读锁(read)兼容,与表独占写锁(write)排斥。
语句:select ... (select语句)lock in share mode(触发)
如图所示,Client1先通过select ... (select语句)lock in share mode触发意向共享锁(IS),此时Client2执行锁表的read lock操作可以直接锁表,因为二者兼容,当 执行锁表的wirte lock此操作,则会被堵塞因为二者不兼容。
(2)意向排他锁(IX)
意向排他锁,与表共享读锁(write)、表独占写锁(read)都互斥。意向锁之间不会互斥。
语句:insert 、update、delete、select ... for update(触发)
如图所示,Client1通过insert 、update、delete、select ... for update语句 触发意向排它锁(IX),此时Client2执行表共享读锁(write)、表独占写锁(read)都会被互斥,因为不兼容,只有等Client1执行完毕提交后,Client2的指令才会触发。
三、行级锁
行级锁:是MySQL 中锁定粒度最小的一种锁,是针对索引字段加的锁,只针对当前操作的行记录进行加锁。 行级锁能大大减少数据库操作的冲突。其加锁粒度最小,并发度高,但加锁的开销也最大,加锁慢,会出现死锁。应用在Innodb储存引擎中。
行级锁分为行锁(Recode Lock)、间隙锁 (Gap lock)、临键锁 (Next-key Lock:行锁与间隙锁的组合)三类,接下来分别介绍。
1、行锁
行锁分为共享锁和排他锁两类。
(1)共享锁(s)
只允许一个事务去读一行,阻止其他事务获得相同的数据集的排它锁。(共享锁之间兼容,与排它锁之间排斥)
语句:select ... (select语句)lock in share mode 触发(select 不加锁)
(2)排他锁(x)
允许获取排它锁的事务更新数据,阻止其他事务获得相同数据集的共享锁和排他锁(排它锁与排它锁、共享锁之间都冲突)(阻止其他事务的读锁和写锁 )
语句:insert 、update、delete、select ... for update 触发
2、间隙锁
间隙锁唯一的目的就是防止其他事务插入间隙。造成幻读现象。
如图所示,Client1执行了一个update Student set age = 10 where id=5操作,此时因为表中没有id=5的字段,此时就会在id=7和id=3之间加一个间隙锁(不包含id=3和id=7的情况),此时,Client2又执行了一个insert Student values(6,'李蛋',6)指令,在id=3和id=7之间插入一条指令,因为加了间隙锁,所以插入操作会被阻塞,直到Client1完成commit提交后,Client2插入语句才会生效。
3、临键锁
临键锁,是记录锁与间隙锁的组合,它的封锁范围,既包含索引记录,又包含索引区间。默认情况下InnoDB在Repeatable Read事务隔离级别运行,InnoDB使用临键锁进行搜索和索引扫 描,以防止幻读。(临键锁与间隙锁相比,除了锁住当前记录也会锁定当前记录之前的一部分间隙)
四、再谈乐观锁与悲观锁
我们从mysql模式上分类来谈谈乐观锁与悲观锁这两种思想。
1、乐观锁
(1)概念
乐观锁是一种在数据库操作中用于处理并发问题的技术。它的思想是认为数据一般情况下不会造成冲突,所以在数据进行提交更新的时候,才会正式对数据的冲突与否进行检测,如果发现冲突了,则让返 回错误信息,让用户决定如何去做。
(2)实现
利用数据版本号(version)机制是乐观锁最常用的一种实现方式。一般通过为数据库表增加一个数字类型的 “version” 字段,当读取数据时,将version字段的值一同读出, 数据每更新一次,对此version值+1。当我们提交更新的时候,判断数据库表对应记录的当前版本信息与第一次取出来的version值进行比对,如果数据库表当前版本号与第 一次取出来的version值相等,则予以更新,否则认为是过期数据,返回更新失败。
(3)应用场景
①:低冲突环境。②:读多写少的场景。③ :短事务场景。④:互联网应用。⑤:分布式应用。
(4)缺点
①:冲突检测:在高并发的环境中,乐观锁可能会导致大量的冲突 。
②:处理开销:在处理冲突时,需要执行回滚和重试,这可能会增加系统的开销。
③:版本管理:乐观锁通常通过版本号(或时间戳)来检测冲突。这要求系统能正确的控制版本号,否则可能导致错误的版本冲突。
2、悲观锁
(1)概念
悲观锁是指数据在操作数据的时候比较悲观,每次去拿数据的时候认为别的线程也会同时修改数据,所以在每次拿数据的时候都会加锁,这样别的线程想要拿数据就会被阻塞直到它解开锁。
(2)实现
①:使用select...for update是MySQL提供的实现悲观锁的方式。
②:Java中使用synchronized和ReentrantLock等独占锁方式实现。
(3)应用场景
①:写操作比较多的场景。②:并发冲突高的场景。③:业务需要强一致性的的场景。
(4)缺点
①:需要实施阻塞,导致效率降低下。
②:可能造成某个线程永久等待,即发生死锁的可能性较大。
③:锁超时:如果一个事务长时间有锁而不被释放,可能导致其他等待锁的事务超时。
五、总结
这里博主整理我们常见的MySQL中锁的概念,还介绍了面试中 常问的关于乐观锁、悲观锁的 一些特点。相信一定对屏幕前正在阅读的小伙伴有所帮助,大家不要忘记点赞、关注,支持博主一波哦!后续还有更多内容与大家分享~
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