彻底把 MySQL的锁搞懂了!-每日运维

本文首发于公众号“猿java”

最近，某同事在生产上遇到一个 MySQL 死锁的问题，于是在帮忙解决问题后，特意花了一周的时间，把 MySQL 所有的锁都整理了一遍，今天就来一起聊聊 MySQL锁。

申明：本文基于 MySQL 8.0.30 版本，InnoDB 引擎

MySQL 数据库锁设计的初衷是处理并发问题，保证数据安全。MySQL 数据库锁可以从下面 3个维度进行划分：

按照锁的使用方式，MySQL 锁可以分成共享锁、排它锁两种；
根据加锁的范围，MySQL 锁大致可以分成全局锁、表级锁和行锁三类；
从思想层面上看，MySQL 锁可以分为悲观锁、乐观锁两种；

我们会先讲解共享锁和排它锁，然后讲解全局锁、表级锁和行锁，因为这三种类别的锁中，有些是共享锁，有些是排他锁，最后，我们再讲解悲观锁和乐观锁。

为什么要掌握 MySQL 锁

作为经常和 MySQL 数据库打交道的程序员来说，编写业务 SQL 语句是在所难免，编写高性能的 SQL 语句更是一种技术能力的体现。锁作为 MySQL 数据库一个非常重要的知识点，不但是面试中的高频问题，更是通往技术高P岗位的必备技能。

共享锁&排他锁

1.共享锁

共享锁，Share lock，也叫读锁。它是指当对象被锁定时，允许其它事务读取该对象，也允许其它事务从该对象上再次获取共享锁，但不能对该对象进行写入。加锁方式是：

# 方式1
select ... lock in share mode;
# 方式2
select ... for share;

如果事务T1 在某对象持有共享(S)锁，则事务T2 需要再次获取该对象的锁时，会出现下面两种情况： - 如果T2 获取该对象的共享(S)锁，则可以立即获取锁； - 如果T2 获取该对象的排他(X)锁，则无法获取锁；

为了更好的理解上述两种情况，可以参照下面的执行顺序流和实例图：

给user表加共享锁

加锁线程 sessionA	线程B sessionB
#开启事务 begin;
#对user整张表加共享锁 select * from user lock in share mode;
	#获取user表上的共享锁ok，select操作成功执行 select * from user;
	#获取user表上的排他锁失败，操作被堵塞 delete from user where id = 1;
#提交事务 #user表上的共享锁被释放 commit;
	#获取user表上的排他锁成功，delete操作执行ok delete from user where id = 1;

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给user表id=3的行加共享锁

加锁线程 sessionA	线程B sessionB	线程C sessionC
#开启事务 begin;
#给user表id=3的行加共享锁 select * from user where id = 3 lock in share mode;
	#获取user表id=3行上的共享锁ok #select操作执行成功 select * from user where id=3;	#获取user表id=3行上的共享锁ok #select操作执行成功 select * from user where id=3;
	#获取user表id=3行上的排它锁失败 #delete操作被堵塞 delete from user where id = 3;	#获取user表id=4行上的排它锁成功 #delete操作执行成功 delete from user where id = 4;
#提交事务 #user表id=3的行上共享锁被释放 commit;
	#获取user表id=3行上的排它锁成功 #被堵塞的delete操作执行ok delete from user where id = 3;

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通过上述两个实例可以看出： - 当共享锁加在user表上，则其它事务可以再次获取user表的共享锁，其它事务再次获取user表的排他锁失败，操作被堵塞； - 当共享锁加在user表id=3的行上，则其它事务可以再次获取user表id=3行上的共享锁，其它事务再次获取user表id=3行上的排他锁失败，操作被堵塞，但是事务可以再次获取user表id!=3行上的排他锁；

2. 排它锁

排它锁，Exclusive Lock，也叫写锁或者独占锁，主要是防止其它事务和当前加锁事务锁定同一对象。同一对象主要有两层含义： - 当排他锁加在表上，则其它事务无法对该表进行insert,update,delete,alter,drop等更新操作； - 当排他锁加在表的行上，则其它事务无法对该行进行insert,update,delete,alter,drop等更新操作；

排它锁加锁方式为：

select ... for update;

为了更好的说明排他锁，可以参照下面的执行顺序流和实例图：

给user表对象加排他锁

加锁线程 sessionA	线程B sessionB
#开启事务 begin;
#对user整张表加排他锁 select * from user for update;
	#获取user表上的共享锁ok，select执行成功 select * from user;
	#获取user表上的排他锁失败，操作被堵塞 delete from user where id=3;
#提交事务 #user表上的排他被释放 commit;
	#获取user表上的排他锁成功，操作执行ok delete from user where id = 1;

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给user表id=3的行对象加排他锁

加锁线程 sessionA	线程B sessionB	线程C sessionC
#开启事务 begin;
#给user表id=3的行加排他锁 select * from user where id = 3 for update;
	#获取user表id=3行上的共享锁ok select * from user where id=3;	#获取user表id=3行上的共享锁ok select * from user where id=3;
	#获取user表id=3行上的排它锁失败 delete from user where id = 3;	#获取user表id=4行上的排它锁成功 delete from user where id = 4;
#提交事务 #user表id=3的行上排他锁被释放 commit;
	#获取user表id=3行上的排它锁成功 #被堵塞的delete操作执行ok delete from user where id = 3;

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全局锁&表级锁&行锁

1. 全局锁

1.1 定义

全局锁，顾名思义，就是对整个数据库实例加锁。它是粒度最大的锁。

1.2 加锁

在MySQL中，通过执行 flush tables with read lock 指令加全局锁：

flush tables with read lock

指令执行完，整个数据库就处于只读状态了，其他线程执行以下操作，都会被阻塞： - 数据更新语句被阻塞，包括 insert, update, delete语句； - 数据定义语句被阻塞，包括建表 create table,alter table、drop table 语句； - 更新操作事务commit语句被阻塞；

1.3 释放锁

MySQl释放锁有2种方式：

执行 unlock tables 指令：unlock tables

加锁的会话断开，全局锁也会被自动释放

为了更好的说明全局锁，可以参照下面的执行顺序流和实例图：

加锁线程 sessionA	线程B sessionB
flush tables with read lock; 加全局锁
select user表ok	select user表ok
insert user表堵塞	insert user表堵塞
delete user表堵塞	delete user表堵塞
drop user 表堵塞	drop user 表堵塞
alter user表堵塞	alter user表堵塞
unlock tables；解锁
被堵塞的修改操作执行ok	被堵塞的修改操作执行ok

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通过上述的实例可以看出，当加全局锁时，库下面所有的表都处于只能状态，不管是当前事务还是其他事务，对于库下面所有的表只能读，不能执行insert，update，delete，alter，drop等更新操作。

1.4 使用场景

全局锁的典型使用场景是做全库逻辑备份，在备份过程中整个库完全处于只读状态。如下图：

彻底把 MySQL的锁搞懂了! img.png

假如在主库上备份，备份期间，业务服务器不能对数据库执行更新操作，因此涉及到更新操作的业务就瘫痪了；
假如在从库上备份，备份期间，从库不能执行主库同步过来的 binlog，会导致主从延迟越来越大，如果做了读写分离，那么从库上获取数据就会出现延时，影响业务；

从上述分析可以看出，使用全局锁进行数据备份，不管是在主库还是在从库上进行备份操作，对业务总是不太友好。那不加锁行不行？我们可以通过下面还钱转账的例子，看看不加锁会不会出现问题：

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备份前：账户A 有1000，账户B 有500
此时，发起逻辑备份
假如数据备份时不加锁，此时，客户端A 发起一个还钱转账的操作：账户A 往账户B 转200
当账户A 转出200完成，账户B 转入200 还未完成时，整个数据备份完成
如果用该备份数据做恢复，会发现账户A 转出了200，账户B 却没有对应的转入记录，这样就会产生纠纷：A 说我账户少了 200， B 说我没有收到，最后，A，B谁都不干。

既然不加锁会产生错误，加全局锁又会影响业务，那么有没有两全其美的方式呢？

有，MySQL官方自带的逻辑备份工具 mysqldump，具体指令如下：

mysqldump –single-transaction

执行该指令，在备份数据之前会先启动一个事务，来确保拿到一致性视图，加上 MVCC 的支持，保证备份过程中数据是可以正常更新。但是，single-transaction方法只适用于库中所有表都使用了事务引擎，如果有表使用了不支持事务的引擎，备份就只能用 FTWRL 方法。

2. 表级锁

MySQL 表级锁有两种：表锁和元数据锁（metadata lock，MDL)

2.1 表锁

表锁就是对整张表加锁，包含读锁和写锁，由MySQL Server实现，表锁需要显示加锁或释放锁，具体指令如下：

# 给表加写锁
lock tables tablename write;

# 给表加读锁
lock tables tablename read;

# 释放锁
unlock tables;

读锁：代表当前表为只读状态，读锁是一种共享锁。需要注意的是，读锁除了会限制其它线程的操作外，也会限制加锁线程的行为，具体限制如下： 1. 加锁线程只能对当前表进行读操作，不能对当前表进行更新操作，不能对其它表进行所有操作； 2. 其它线程只能对当前表进行读操作，不能对当前表进行更新操作，可以对其它表进行所有操作；

为了更好的说明读锁，可以参照下面的执行顺序流和实例图：

加锁线程 sessionA	线程B sessionB
#给user表加读锁 lock tables user read;
select user表 ok	select user表 ok
insert user表被拒绝	insert user表堵塞
insert address表被拒绝	insert address表ok
select address表被拒绝	alter user表堵塞
unlock tables; 释放锁
	被堵塞的修改操作执行ok

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写锁：写锁是一种独占锁，需要注意的是，写锁除了会限制其它线程的操作外，也会限制加锁线程的行为，具体限制如下： 1. 加锁线程对当前表能进行所有操作，不能对其它表进行任何操作； 2. 其它线程不能对当前表进行任何操作，可以对其它表进行任何操作；

为了更好的说明写锁，可以参照下面的执行顺序流和实例图：

加锁线程 sessionA	线程B sessionB
#给user表加写锁 lock tables user write;
select user表 ok	select user表 ok
insert user表被拒绝	insert user表堵塞
insert address表被拒绝	insert address表ok
select address表被拒绝	alter user表堵塞
unlock tables; 释放锁
	堵塞在user表的上更新操作执行ok

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2.2 MDL元数据锁

元数据锁：metadata lock，简称MDL，它是在MySQL 5.5版本引进的。元数据锁不用像表锁那样显式的加锁和释放锁，而是在访问表时被自动加上，以保证读写的正确性。加锁和释放锁规则如下：

MDL读锁之间不互斥，也就是说，允许多个线程同时对加了 MDL读锁的表进行CRUD(增删改查)操作；
MDL写锁，它和读锁、写锁都是互斥的，目的是用来保证变更表结构操作的安全性。也就是说，当对表结构进行变更时，会被默认加 MDL写锁，因此，如果有两个线程要同时给一个表加字段，其中一个要等另一个执行完才能开始执行。
MDL读写锁是在事务commit之后才会被释放；

为了更好的说明 MDL读锁规则，可以参照下面的顺序执行流和实例图：

加锁线程 sessionA	其它线程 sessionB
开启事务 begin;
select user表，user表会默认加上MDL读锁
select user表ok	select user表ok
insert user表ok	insert user表ok
update user表ok	update user表ok
delete user表ok	delete user表ok
	alter user表，获取MDL写锁失败，操作被堵塞
commit;提交事务，MDL读锁被释放
	被堵塞的修改操作执行ok

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为了更好的说明 MDL写锁规则，可以参照下面的顺序执行流和实例图：

加锁线程 sessionA	线程B sessionB	线程C sessionC
#开启事务 begin;
#user表会默认加上MDL读锁 select user表，
select user表ok	select user表ok	select user表ok
	#获取MDL写锁失败 alter user表操作被堵塞	#获取MDL读锁失败 select * from user;
提交事务，MDL读锁被释放
	#MDL写锁被释放被堵塞的alter user操作执行ok
		#被堵塞的select 操作执行ok

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2.3 意向锁

由于InnoDB引擎支持多粒度锁定，允许行锁和表锁共存，为了快速的判断表中是否存在行锁，InnoDB推出了意向锁。

意向锁，Intention lock，它是一种表锁，用来标识事务打算在表中的行上获取什么类型的锁。不同的事务可以在同一张表上获取不同种类的意向锁，但是第一个获取表上意向排他(IX) 锁的事务会阻止其它事务获取该表上的任何 S锁或 X 锁。反之，第一个获得表上意向共享锁(IS) 的事务可防止其它事务获取该表上的任何 X 锁。

意向锁通常有两种类型： - 意向共享锁(IS)，表示事务打算在表中的各个行上设置共享锁。 - 意向排他锁(IX)，表示事务打算对表中的各个行设置排他锁。

意向锁是InnoDB自动加上的，加锁时遵从下面两个协议： - 事务在获取表中行的共享锁之前，必须先获取表上的IS锁或更强的锁。 - 事务在获取表中行的排他锁之前，必须先获取表上的IX锁。

为了更好的说明意向共享锁，可以参照下面的顺序执行流和实例图：

加锁线程 sessionA	线程B sessionB
#开启事务 begin;
#user表id=6加共享行锁，默认user表会加上IS锁 select * from user where id = 6 for share;
	# 观察IS锁 select * from performance_schema.data_locksG

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加锁线程 sessionA	线程B sessionB
#开启事务 begin;
#user表id=6加排他锁，默认user表会加上IX锁 select * from user where id = 6 for update;
	# 观察IX锁 select * from performance_schema.data_locksG

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2.4 AUTO-INC锁

AUTO-INC锁是一种特殊的表级锁，当表中有AUTO_INCREMENT的列时，如果向这张表插入数据时，InnoDB会先获取这张表的AUTO-INC锁，等插入语句执行完成后，AUTO-INC锁会被释放。

AUTO-INC锁可以使用innodb_autoinc_lock_mode变量来配置自增锁的算法，innodb_autoinc_lock_mode变量可以选择三种值如下表：

innodb_autoinc_lock_mode	含义
0	传统锁模式，采用 AUTO-INC 锁
1	连续锁模式，采用轻量级锁
2	交错锁模式(MySQL8默认)，AUTO-INC和轻量级锁之间灵活切换

为了更好的说明意AUTO-INC锁，可以参照下面的顺序执行流和实例图：

2.5 锁的兼容性

下面的图表总结了表级锁类型的兼容性

	X	IX	S	IS
X	冲突	冲突	冲突	冲突
IX	冲突	兼容	冲突	兼容
S	冲突	冲突	兼容	兼容
IS	冲突	兼容	兼容	兼容

3. 行锁

行锁是针对数据表中行记录的锁。MySQL 的行锁是在引擎层实现的，并不是所有的引擎都支持行锁，比如，InnoDB引擎支持行锁而 MyISAM引擎不支持。

InnoDB 引擎的行锁主要有四类：

Record Lock：记录锁，是在索引记录上加锁；

Gap Lock：间隙锁，锁定一个范围，但不包含记录；

Next-key Lock：Gap Lock + Record Lock，锁定一个范围(Gap Lock实现)，并且锁定记录本身(Record Lock实现)；

插入意向锁：针对 insert 操作产生的意向锁；

3.1 Record Lock

Record Lock：记录锁，是针对索引记录的锁，锁定的总是索引记录。

例如，select id from user where id = 1 for update; for update 就显式在索引id上加行锁(排他锁)，防止其它任何事务 update或delete id=1 的行，但是对user表的insert、alter、drop操作还是可以正常执行。

为了更好的说明 Record Lock锁，可以参照下面的执行顺序流和实例图：

加锁线程 sessionA	线程B sessionB	线程B sessionC
#开启事务 begin;
给user表id=1加写锁 select id from user where id = 1 for update;
	update user set name = 'name121' where id = 1;
		查看 InnoDB监视器中记录锁数据 show engine innodb statusG
commit提交事务 record lock 被释放
	被堵塞的update操作执行ok

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3.2 Gap Lock

Gap Lock：间隙锁，锁住两个索引记录之间的间隙上，由InnoDB隐式添加。比如(1,3) 表示锁住记录1和记录3之间的间隙，这样记录2就无法插入，间隙可能跨越单个索引值、多个索引值，甚至是空。

彻底把 MySQL的锁搞懂了! img.png

为了更好的说明 Gap Lock间隙锁，可以参照下面的顺序执行流和实例图：

加锁线程 sessionA	线程B sessionB	线程C sessionC
#开启事务 begin;
加锁 select * from user where age = 10 for share;
	insert into user(id,age) values(2,20);
		#查看 InnoDB监视器中记录锁数据 show engine innodb statusG
commit提交事务 Gap Lock被释放
	被堵塞的insert操作执行ok

彻底把 MySQL的锁搞懂了! img.png

上图中，事务A(sessionA)在加共享锁的时候产生了间隙锁(Gap Lock)，事务B(sessionB)对间隙中进行insert/update操作，需要先获取排他锁(X)，导致阻塞。事务C(sessionC)通过"show engine innodb statusG" 指令可以查看到间隙锁的存在。需要说明的，间隙锁只是锁住间隙内部的范围，在间隙外的insert/update操作不会受影响。

Gap Lock锁，只存在于可重复读隔离级别，目的是为了解决可重复读隔离级别下幻读的现象。

3.3 Next-Key Lock

Next-Key锁，称为临键锁，它是Record Lock + Gap Lock的组合，用来锁定一个范围，并且锁定记录本身锁，它是一种左开右闭的范围，可以用符号表示为：(a,b]。

彻底把 MySQL的锁搞懂了! img.png

为了更好的说明 Next-Key Lock间隙锁，可以参照下面的顺序执行流和实例图：

加锁线程 sessionA	线程B sessionB	线程C sessionC	线程D sessionD
#开启事务 begin;
加锁 select * from user where age = 10 for share;
	#获取锁失败，insert操作被堵塞 insert into user(id,age) values(2,20);
		update user set name='name1' where age = 10;	#查看 InnoDB监视器中记录锁数据 show engine innodb statusG
提交事务Gap Lock被释放 commit
	被堵塞的insert操作执行ok	被堵塞的update操作执行ok

彻底把 MySQL的锁搞懂了! img.png

上图中，事务A(sessionA)在加共享锁的时候产生了间隙锁(Gap Lock)，事务B(sessionB)对间隙中进行insert操作，需要先获取排他锁(X)，导致阻塞。事务C(sessionC)对间隙中进行update操作，需要先获取排他锁(X)，导致阻塞。事务D(sessionD)通过"show engine innodb statusG" 指令可以查看到间隙锁的存在。需要说明的，间隙锁只是锁住间隙内部的范围，在间隙外的insert/update操作不会受影响。

3.4 Insert Intention Lock

插入意向锁，它是一种特殊的间隙锁，特指插入操作产生的间隙锁。

为了更好的说明 Insert Intention Lock锁，可以参照下面的顺序执行流和实例图：

加锁线程 sessionA	线程B sessionB	线程C sessionC
#开启事务 begin;
加锁 select * from user where age = 10 for share;
	#获取锁失败，insert操作被堵塞 insert into user(id,age) values(2,20);
		#查看 InnoDB监视器中记录锁数据 show engine innodb statusG
commit提交事务 Gap Lock被释放
	#被堵塞的insert操作执行ok insert into user(id,age) values(2,20);

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乐观锁&悲观锁

在MySQL中，无论是悲观锁还是乐观锁，都是人们对概念的一种思想抽象，它们本身还是利用 MySQL提供的锁机制来实现的。其实，除了在MySQL数据，像 Java语言里面也有乐观锁和悲观锁的概念。

悲观锁，可以理解成：在对任意记录进行修改前，先尝试为该记录加上排他锁(exclusive locking)，采用的是先获取锁再操作数据的策略，可能会产生死锁；
乐观锁，是相对悲观锁而言，一般不会利用数据库的锁机制，而是采用类似版本号比较之类的操作，因此乐观锁不会产生死锁的问题；

死锁和死锁检测

当并发系统中不同线程出现循环资源依赖，涉及的线程都在等待别的线程释放资源时，就会导致这几个线程都进入无限等待的状态，称为死锁。可以通过下面的指令查看死锁

show engine innodb statusG

当出现死锁以后，有两种策略：

一种策略是，直接进入等待，直到超时。这个超时时间可以通过参数 innodb_lock_wait_timeout 来设置，InnoDB 中 innodb_lock_wait_timeout 的默认值是 50s。
另一种策略是，发起死锁检测，发现死锁后，主动回滚死锁链条中的某一个事务，让其它事务得以继续执行。将参数 innodb_deadlock_detect 设置为 on，表示开启死锁检测。

彻底把 MySQL的锁搞懂了!

为什么要掌握 MySQL 锁

共享锁&排他锁

1.共享锁

2. 排它锁

全局锁&表级锁&行锁

1. 全局锁

1.1 定义

1.2 加锁

1.3 释放锁

1.4 使用场景

2. 表级锁

2.1 表锁

2.2 MDL元数据锁

2.3 意向锁

2.4 AUTO-INC锁

2.5 锁的兼容性

3. 行锁

3.1 Record Lock

3.2 Gap Lock

3.3 Next-Key Lock

3.4 Insert Intention Lock

乐观锁&悲观锁

死锁和死锁检测

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2.2 MDL元数据锁

2.3 意向锁

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