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MySQL 锁机制

news 来源：原创 2025/4/24 12:04:40

一、锁机制的总体分类

MySQL 中的锁用于管理对共享资源的并发访问。理解其分类有助于选择合适的策略。

1. 从加锁粒度分类

锁定的数据范围大小。

表级锁 (Table-level Lock):
锁定整张数据表。
优点：实现简单，开销小，加锁快，不会出现死锁。
缺点：锁定粒度最大，并发冲突概率最高，并发性能最低。
适用引擎：MyISAM (主要使用), InnoDB (特定情况下也会使用, 如 LOCK TABLES 或某些 DDL)。
示例（显式加表锁）:

-- 加写锁，其他会话无法读写
LOCK TABLES my_table WRITE;
-- 加读锁，其他会话可读但不可写，当前会话也不可写
LOCK TABLES my_table READ;
-- 释放当前会话持有的所有表锁
UNLOCK TABLES;

行级锁 (Row-level Lock):
仅锁定操作涉及的行记录（更准确地说是索引记录）。
优点：锁定粒度最小，并发冲突概率最低，并发性能最好。
缺点：实现复杂，开销较大，加锁较慢，可能会出现死锁。
适用引擎：InnoDB (主要使用)。
页级锁 (Page-level Lock):
锁定数据页（InnoDB 默认页大小 16KB）。粒度和开销介于表锁和行锁之间。
适用引擎：BDB (BerkeleyDB) 引擎（现在较少使用）。

2. 从加锁模式分类

锁的状态或类型，决定了兼容性。

共享锁 (Shared Lock / S锁 / 读锁):
事务持有 S 锁可以读取数据，但不能修改。
多个事务可以同时持有同一资源的 S 锁（读读不阻塞）。
其他事务不能获取该资源的 X 锁（读阻塞写）。
获取方式（显式）: SELECT ... LOCK IN SHARE MODE;
排他锁 (Exclusive Lock / X锁 / 写锁):
事务持有 X 锁可以读取和修改数据。
同一时间只能有一个事务持有该资源的 X 锁。
其他事务不能获取该资源的 S 锁或 X 锁（写阻塞读写）。
获取方式（显式）: SELECT ... FOR UPDATE; (隐式): INSERT, UPDATE, DELETE 操作会自动加 X 锁。

3. 从加锁方式分类

是用户主动请求还是系统自动添加。

显式加锁:
用户通过特定 SQL 语句明确请求加锁。
示例: LOCK TABLES, UNLOCK TABLES, SELECT ... LOCK IN SHARE MODE, SELECT ... FOR UPDATE。
隐式加锁:
由存储引擎根据事务隔离级别和执行的 SQL 语句自动添加，用户无需干预。这是 InnoDB 最常见的加锁方式。
示例: 执行 UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 10; 时，InnoDB 会自动在 id=10 的行（索引）上加 X 锁。

二、InnoDB 锁机制详解（核心）

InnoDB 是支持事务和行级锁的主流存储引擎。

1. 行级锁

InnoDB 行锁是基于索引实现的。如果查询条件未使用索引，可能导致全表扫描，锁定所有行，性能下降。

Record Lock (记录锁):
锁定单个索引记录。这是最基本的行锁。
示例:

-- 假设 id 是主键或唯一索引
-- 事务 T1 执行:
SELECT * FROM users WHERE id = 5 FOR UPDATE;
-- InnoDB 会在 id=5 的索引记录上加一个 X 记录锁。
-- 其他事务无法修改或删除 id=5 的行，也无法获取 id=5 的 S 锁。

Gap Lock (间隙锁):
锁定索引记录之间的“间隙”，防止其他事务在这个间隙中插入新记录。它不锁定记录本身。主要用于 REPEATABLE READ 隔离级别防止幻读。
示例 (概念):

-- 假设 age 索引上有值 20, 30
-- 事务 T1 执行 (RR 级别):
SELECT * FROM users WHERE age = 25 FOR UPDATE;
-- InnoDB 可能会锁定 (20, 30) 这个间隙，防止其他事务插入 age=25 或其他在 (20,30) 范围内的记录。
-- 注意：Gap Lock 本身不互斥，不同事务可以持有相同间隙的 Gap Lock。

Next-Key Lock (临键锁):
Record Lock + Gap Lock 的组合。锁定一个索引记录以及该记录之前的间隙。这是 InnoDB 在 REPEATABLE READ 隔离级别下的默认锁策略，用于防止幻读。
示例 (概念):

-- 假设 age 索引上有值 20, 30, 40
-- 事务 T1 执行 (RR 级别):
SELECT * FROM users WHERE age = 30 FOR UPDATE;
-- InnoDB 会锁定 age=30 这条记录 (Record Lock)，同时锁定 (20, 30] 这个区间 (Next-Key Lock)。
-- 这意味着其他事务不能插入 age 在 (20, 30] 范围内的记录，也不能修改或删除 age=30 的记录。

2. 表级锁（InnoDB支持但不常用）

LOCK TABLES ... WRITE/READ: 显式表锁，会极大降低并发，不推荐在 InnoDB 中常规使用。
自动表锁场景: DDL 操作（如 ALTER TABLE）会获取表级元数据锁 (MDL)，阻塞 DML。某些特殊插入（如涉及 AUTO_INCREMENT 的复杂插入）可能短暂持有表级锁。

3. 意向锁（Intention Locks）

意向锁是 表级锁，用于指示事务打算在表中的某些行上加什么类型的锁（S 或 X）。它们不直接阻塞行锁，而是用于快速判断表级锁和行级锁的兼容性。

意向共享锁 (IS): 事务准备在某些行上加 S 锁。获取行 S 锁前必须先获取表的 IS 锁。
意向排他锁 (IX): 事务准备在某些行上加 X 锁。获取行 X 锁前必须先获取表的 IX 锁。

工作原理：当一个事务想获取整个表的 S 锁或 X 锁时，只需检查表上是否存在冲突的意向锁（如获取表 X 锁要检查是否有 IS 或 IX 锁），而无需扫描每一行，提高了效率。IS 与 IX 锁是兼容的。

4. 自动锁定行为

SELECT ... FOR UPDATE: 对匹配行加 X 锁（Record / Next-Key）。
SELECT ... LOCK IN SHARE MODE: 对匹配行加 S 锁（Record / Next-Key）。
INSERT: 在新插入行上加 X 锁。可能产生 Gap/Next-Key 锁以防唯一键冲突或幻读。
UPDATE: 对匹配的行加 X 锁。
DELETE: 对匹配的行加 X 锁。

三、事务与锁的关系

锁是实现 ACID 中隔离性 (Isolation) 的关键技术。

1. 四种事务隔离级别

隔离级别	脏读	不可重复读	幻读	InnoDB RR 典型锁策略 (简化)
READ UNCOMMITTED	可能发生 ✅	可能发生 ✅	可能发生 ✅	基本无锁 (很少用)
READ COMMITTED	不会发生 ❌	可能发生 ✅	可能发生 ✅	Record Lock (锁记录)
REPEATABLE READ	不会发生 ❌	不会发生 ❌	基本不发生 ❌	Next-Key Lock (锁记录+间隙)
SERIALIZABLE	不会发生 ❌	不会发生 ❌	不会发生 ❌	可能使用表锁/更强范围锁

2. 幻读与间隙锁
在 REPEATABLE READ 级别，InnoDB 主要通过 Next-Key Lock (包含 Gap Lock) 来防止幻读。通过锁定查询范围内的间隙，阻止了其他事务插入满足该范围条件的新行。

四、锁冲突与兼容性

1. 锁兼容性矩阵（简化版，行锁与意向锁）

请求锁 \ 已持有锁	IS	IX	S (行)	X (行)
IS	兼容	兼容	兼容	冲突
IX	兼容	兼容	冲突	冲突
S (行)	兼容	冲突	兼容	冲突
X (行)	冲突	冲突	冲突	冲突

(表级 S/X 锁与行级锁的兼容性通过意向锁判断)

五、死锁与事务管理

1. 死锁产生条件 (需同时满足)

互斥条件: 资源独占。
占有且等待: 持有资源同时请求其他资源。
非抢占: 不能强行剥夺已持有资源。
循环等待: 事务间形成等待资源的闭环。

2. InnoDB 死锁检测
InnoDB 能自动检测死锁，并自动回滚其中一个（通常是影响最小的）事务来解决死锁。可以通过 innodb_deadlock_detect 参数开关（通常保持开启）。

3. 死锁示例
场景：两个事务试图以相反顺序更新两行记录。

-- 终端 1 (事务 A)
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1; -- 成功，持有 id=1 的 X 锁
-- 稍等
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2; -- 尝试获取 id=2 的 X 锁，可能阻塞-- 终端 2 (事务 B)
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 50 WHERE id = 2;  -- 成功，持有 id=2 的 X 锁
-- 稍等
UPDATE accounts SET balance = balance + 50 WHERE id = 1;  -- 尝试获取 id=1 的 X 锁，阻塞-- 此时，事务 A 等待事务 B 释放 id=2 的锁，事务 B 等待事务 A 释放 id=1 的锁，形成死锁。
-- InnoDB 会检测到死锁，并回滚其中一个事务，另一个事务得以继续。

4. 查看死锁日志
获取最近死锁的详细信息。

SHOW ENGINE INNODB STATUS;

在输出中查找 LATEST DETECTED DEADLOCK 部分。

六、锁的监控与分析

1. 查看锁信息视图

-- 查看当前活动事务
SELECT * FROM information_schema.innodb_trx;
-- 查看当前持有的锁 (可能需要高权限)
SELECT * FROM information_schema.innodb_locks;
-- 查看锁等待关系
SELECT * FROM information_schema.innodb_lock_waits;

2. 查看进程列表
识别慢查询或阻塞的连接。

SHOW FULL PROCESSLIST;

3. 终止连接
强制结束有问题的连接/事务。

KILL <thread_id>; -- 从 SHOW FULL PROCESSLIST 获取 Id

警告：KILL 操作可能导致事务回滚和数据问题，务必谨慎。

七、MyISAM 引擎的锁机制（对比了解）

1. 表级锁
MyISAM 只使用表级锁，并发性能较差。写操作会阻塞所有其他读写，读操作会阻塞写操作。

2. 锁类型

表读锁 (共享): 允许多个读，阻塞写。
表写锁 (排他): 阻塞所有其他读写。

3. 写优先
写锁请求通常优先于读锁请求，可能导致读请求长时间等待（饿死）。

八、锁的开发实践与优化建议

1. 使用 InnoDB 引擎: 获得事务支持和行级锁带来的高并发性。

2. 优化 SQL，精准锁定: 使用索引（尤其是主键/唯一索引）进行 WHERE 过滤，减少锁定的行数和范围。避免无索引条件的 DML 操作。

3. 控制事务范围和时长: 保持事务简短。将非数据库操作移出事务。快速 COMMIT 或 ROLLBACK。

4. 合理选择隔离级别: 在满足业务一致性前提下，使用最低隔离级别（如 READ COMMITTED）通常能获得更好并发性。

5. 谨慎使用显式锁: 仅在必要时使用 FOR UPDATE / LOCK IN SHARE MODE。

6. 避免死锁:

约定资源访问顺序。
减小事务粒度。
使用较低隔离级别。
设置合理的 innodb_lock_wait_timeout。

九、其他相关内容（延伸）

1. Metadata Lock (MDL / 元数据锁)
保护表结构定义。DDL 操作会获取 MDL，阻塞后续对该表的 DML 和 DDL。未提交事务持有的读锁会阻塞 DDL。

2. Auto-inc Lock (自增锁)
用于 AUTO_INCREMENT 列生成连续值。通常是表级锁（旧模式）或更轻量级锁（新模式，由 innodb_autoinc_lock_mode 控制），影响并发插入性能。

3. 外键锁
维护外键约束时，对父表相关行的短暂锁定（通常是 S 锁），以确保引用完整性检查的原子性。

练习题 (Practice Exercises - Locks with Answers)

SELECT ... LOCK IN SHARE MODE 获取的是什么类型的锁？它允许其他事务做什么，不允许做什么？
答案: 获取的是行级共享锁 (S 锁)。它允许其他事务读取这些行并获取 S 锁，但不允许其他事务获取这些行的 X 锁（即不允许修改或删除）。
InnoDB 在 REPEATABLE READ 隔离级别下，默认使用哪种锁策略来防止幻读？它的组成是什么？
答案: 默认使用 Next-Key Lock (临键锁)。它由 Record Lock (记录锁) 和 Gap Lock (间隙锁) 组成。
如果事务 A 更新了 id=1 的行，事务 B 也想更新 id=1 的行，会发生什么？为什么？
答案: 事务 B 会被阻塞。因为事务 A 更新时会隐式地在 id=1 的行（索引记录）上获取排他锁 (X 锁)。X 锁与任何其他锁（包括其他事务想获取的 X 锁）都是冲突的。事务 B 必须等待事务 A 提交或回滚释放锁后才能继续。
如何查看 MySQL 中最近发生的死锁信息？
答案: 使用命令 SHOW ENGINE INNODB STATUS;，然后在输出中查找 LATEST DETECTED DEADLOCK 部分。
为什么在 InnoDB 中通常不推荐使用 LOCK TABLES 命令？
答案: 因为 LOCK TABLES 是显式的表级锁，它会锁定整个表，大大降低了 InnoDB 行级锁所能提供的高并发性能。应尽量利用 InnoDB 的自动行级锁定机制。