详解数据库的锁机制及原理
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详解数据库的锁机制及原理
1.数据库锁的分类
本图源自CSDN博主Stephen.W
数据库锁一般可以分为两类一个是悲观锁一个是乐观锁
乐观锁一般是指用户自己实现的一种锁机制假设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用户错误的信息让用户决定如何去做。乐观锁的实现方式一般包括使用版本号和时间戳 也就是在数据库中添加了版本号和时间戳字段以便检测
悲观锁一般就是我们通常说的数据库锁机制以下讨论都是基于悲观锁
悲观锁主要表锁、行锁、页锁。在MyISAM中只用到表锁不会有死锁的问题锁的开销也很小但是相应的并发能力很差。innodb实现了行级锁和表锁锁的粒度变小了并发能力变强但是相应的锁的开销变大很有可能出现死锁。同时innodb需要协调这两种锁算法也变得复杂。InnoDB行锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的只有通过索引条件检索数据InnoDB才使用行级锁否则InnoDB将使用表锁
表锁和行锁都分为共享锁和排他锁而更新锁是为了解决行锁升级共享锁升级为独占锁的死锁问题
innodb中表锁和行锁一起用所以为了提高效率才会有意向锁 意向共享锁和意向排他锁
2.行锁
共享锁
共享锁允许其他事务读但是不允许写😥
加锁与解锁 当一个事务执行select语句时数据库系统会为这个事务分配一把共享锁来锁定被查询的数据。在默认情况下数据被读取后数据库系统立即解除共享锁。例如当一个事务执行查询“SELECT * FROM accounts”语句时数据库系统首先锁定第一行读取之后解除对第一行的锁定然后锁定第二行。这样在一个事务读操作过程中允许其他事务同时更新accounts表中未锁定的行。
兼容性 如果数据资源上放置了共享锁还能再放置共享锁和更新锁
并发性能 具有良好的并发性能当数据被放置共享锁后还可以再放置共享锁或更新锁。所以并发性能很好。
排他锁
排他锁不允许其他事务读和写😮
加锁与解锁 当一个事务执行insert、update或delete语句时数据库系统会自动对SQL语句操纵的数据资源使用独占锁即排他锁
兼容性 独占锁不能和其他锁兼容如果数据资源上已经加了独占锁就不能再放置其他的锁了。同样如果数据资源上已经放置了其他锁那么也就不能再放置独占锁了
并发性能 最差。只允许一个事务访问锁定的数据如果其他事务也需要访问该数据就必须等待
更新锁
更新锁在的初始化阶段用来锁定可能要被修改的资源这可以避免使用共享锁造成的死锁现象。例如对于以下的update语句
UPDATE accounts SET balance=900 WHERE id=1
更新操作需要分两步读取accounts表中id为1的记录 –> 执行更新操作
那么什么情况下会造成死锁现象呢
如果在第一步使用共享锁再第二步把锁升级为独占锁就可能出现死锁现象。例如两个事务都获取了同一数据资源的共享锁然后都要把锁升级为独占锁但需要等待另一个事务解除共享锁才能升级为独占锁这就造成了死锁🤐
更新锁有如下特征
加锁与解锁 当一个事务执行update语句时数据库系统会先为事务分配一把更新锁。当读取数据完毕执行更新操作时会把更新锁升级为独占锁
兼容性 更新锁与共享锁是兼容的也就是说一个资源可以同时放置更新锁和共享锁但是最多放置一把更新锁。这样当多个事务更新相同的数据时只有一个事务能获得更新锁然后再把更新锁升级为独占锁其他事务必须等到前一个事务结束后才能获取得更新锁这就避免了死锁
并发性能 允许多个事务同时读锁定的资源但不允许其他事务修改它
3.意向锁
innodb中表锁和行锁一起用所以为了提高效率才会有意向锁意向共享锁和意向排他锁
- 在mysql中有表锁读锁锁表会阻塞其他事务写表数据。写锁锁表会阻塞其他事务读和写表数据
- Innodb引擎又支持行锁行锁分为共享锁一个事务对一行的共享只读锁。排它锁一个事务对一行的排他读写锁
- 这两中类型的锁共存的问题考虑这个例子事务A锁住了表中的一行让这一行只能读不能写。之后事务B申请整个表的写锁。如果事务B申请成功那么理论上它就能修改表中的任意一行这与A持有的行锁是冲突的。数据库需要避免这种冲突就是说要让B的申请被阻塞直到A释放了行锁
数据库要怎么判断这个冲突呢
- 判断表是否已被其他事务用表锁锁表
- 判断表中的每一行是否已被行锁锁住
判断表中的每一行是否已被行锁锁住。这样的判断方法效率实在不高因为需要遍历整个表。于是就有了意向锁。在意向锁存在的情况下事务A必须先申请表的意向共享锁成功后再申请一行的行锁😏
在意向锁存在的情况下上面的判断可以改成
- 判断表是否已被其他事务用表锁锁表
- 发现表上有意向共享锁说明表中有些行被共享行锁锁住了因此事务B申请表的写锁会被阻塞
申请意向锁的动作是数据库完成的就是说事务A申请一行的行锁的时候数据库会自动先开始申请表的意向锁不需要我们程序员使用代码来申请😣
4.锁机制解释数据库隔离级别
每一种隔离级别满足不同的数据要求使用不同程度的锁。
- Read Uncommitted读写均不使用锁数据的一致性最差也会出现许多逻辑错误。
- Read Committed使用写锁但是读会出现不一致不可重复读。
- Repeatable Read, 使用读锁和写锁解决不可重复读的问题但会有幻读。
- Serializable, 使用事务串形化调度避免出现因为插入数据没法加锁导致的不一致的情况。
读未提交造成脏读(Read Uncommitted)
一个事务中的读操作可能读到另一个事务中未提交修改的数据如果事务发生回滚就可能造成错误。
例子A打100块给BB看账户这是两个操作针对同一个数据库两个事物如果B读到了A事务中的100块认为钱打过来了但是A的事务最后回滚了造成损失。
避免这些事情的发生就需要我们在写操作的时候加锁使读写分离保证读数据的时候数据不被修改写数据的时候数据不被读取。从而保证写的同时不能被另个事务写和读。
读已提交(Read Committed)
我们加了写锁就可以保证不出现脏读也就是保证读的都是提交之后的数据但是会造成不可重读即读的时候不加锁一个读的事务过程中如果读取数据两次在两次之间有写事务修改了数据将会导致两次读取的结果不一致从而导致逻辑错误。
可重复读(Repeatable Read
解决不可重复读问题一个事务中如果有多次读取操作读取结果需要一致指的是固定一条数据的一致幻读指的是查询出的数量不一致即不可重复读对应的是update语句但是解决不掉insert语句导致的幻读问题
所以读锁在事务中持有可以保证不出现不可重复读写的时候必须加锁且持有这是必须的了不然就会出现脏读。Repeatable Read可重读也是MySql的默认事务隔离级别
串行化Serializable
解决幻读问题在同一个事务中同一个查询多次返回的结果不一致。事务A新增了一条记录事务B在事务A提交前后各执行了一次查询操作发现后一次比前一次多了一条记录。幻读是由于并发事务增加记录导致的这个不能像不可重复读通过记录加锁解决因为对于新增的记录根本无法加锁。需要将事务串行化才能避免幻读。
这是最高的隔离级别它通过强制事务排序使之不可能相互冲突从而解决幻读问题。简言之它是在每个读的数据行上加上共享锁。在这个级别可能导致大量的超时现象和锁竞争