mysql指引（十三）：innodb中的锁

本篇还是从设计者的视角出发，对锁相关的知识点进行逻辑梳理。

innodb 的锁这块内容，一篇文章是没法说全面的。本文从理论角度来说明，更多关于加锁分析的内容，可以网上搜索关键字，如：innodb 加锁分析。不过，在后面的优化实战部分，会结合实际案例对加锁过程进行分析。

首先要理解为什么会出现锁这类解决方法，它解决的是什么问题？

解决的是 并发 的竟态问题。即对多个执行者针对某一资源的操作，最终的执行结果和访问该资源的特定顺序有关。

假如有十个事务都去读取同一行记录，虽然是并发场景，但是不会产生竟态问题。因为最终的执行结果和访问该资源的顺序无关，不论哪个事务先读取记录，都对最终结果没有影响。

但是假如事务A执行当前读，事务B修改事务A需要读取的记录行。那么事务最终的执行结果，取决于事务B的修改发生的时机。这就产生了竟态问题（假设未引入锁机制）。

那么，针对并发的竟态问题，解决思路就是：保证操作的原子性和语义的一致性

基于这个思路，有两种解决方案：

1. 加锁
2. 无锁

先来看加锁方案。当执行者A给资源加锁后，其他执行者访问该资源时，看到有锁存在，则需要等待执行者A操作完成后才能继续执行。

此处的问题在于，加锁的过程如何保证原子性，即如何避免执行者A加锁过程中，执行者B也对资源进行加锁呢？这里的实现需要底层CPU指令的配合（当然也有其他解决方案）。

锁 同样是存储在内存中的一个数据块，给资源加锁，也就是将这个锁数据块与资源关联起来。

加锁的解决方案中，有两大块是优化的核心，即：

• 锁住的范围
• 锁对资源的保护性

那么无锁，即 Lock Free ，同样是并发编程中非常重要的话题。但是无锁并不代表没有 锁 ，只是将锁的粒度降到最小，也就是锁住的区域最小，这样冲突的概率也最小。所以无锁更为高效。

Mysql 8 之前的版本在redo log这块的操作采用的就是方案1，即加锁实现；而mysql 8 开始，这块底层实现就改为了方案2，即无锁实现。不过对开发者没有影响。

有了上述铺垫，我们就来看看innodb中的锁，将从以下四点进行说明：

• 锁类型
• 锁协议
• 锁 这个实体是什么
• 死锁问题

对上述四点有了解即可，这里我们只针对重点锁进行说明。

首先来看锁类型，分成两大类：表锁和行锁。

表锁又可划分为：

• MDL锁
• 表锁
• 表级意向锁

其中，MDL锁就是元数据锁，比如修改数据表结构时会加锁，属于mysql server层的锁。而Innodb中的表锁基本用不到，可以认为没有表锁。表级意向锁我们等会接着说。

而行锁顾名思义，就是针对数据行的锁。范围小，重量轻，性能高。innodb的行锁从下面两个方面归纳：

1. 行锁的三种算法
2. 行锁升级

其中，行锁的三种算法分别为：record lock、gap lock和 next-key lock。在接着往下走之前，需要知道一个知识点：

行锁是加在索引上的，即加在聚簇索引或者非聚簇索引上。

record lock 即锁住某一个数据行，gap lock 即锁住数据行之间的间隙，比如主键 id 分别为2,5,6，则 gap 锁可能加在 (2,5)之间，即 id 区间 (2,5)之内，无法插入数据，比如id=4就无法插入。

而 next-key lock 就是 record lock + gap lock 的集合，比如扫描到 id=5 ，则加锁区间为 (2,5]。

再来看官方的描述：

locking read, an UPDATE, or a DELETE generally set record locks on every index record that is scanned in the processing of the SQL statement

The locks are normally next-key locks that also block inserts into the “gap” immediately before the record

描述告诉我们两件事：

1. 扫描的索引记录都会加锁
2. 加的锁是 next-key lock

我们知道一个数据页中存储了很多的数据行，如果其中的很多数据行都有锁，那么这么锁肯定会消耗很多的系统资源，所以当一个数据页中数据行很多都有锁时，我们可以将其升级为一个统一的页锁。这就是锁升级。

但是…innodb有着更加巧妙的处理方法，使得不论页中数据行有多少加锁，都和一行加锁消耗的系统资源一样。

实际上，锁 这个实体就是内存中的一个数据结构，可以类比为数据页这种数据结构。比如锁这个对象实体具有的属性有：

• 锁类型
• 事务ID
• 记录行位图
• 等等

其中，记录行位图就可以用来标记这个数据页中哪些行被加锁，得以节省系统资源。当执行加锁这个动作时，实际上就是修改内存中的锁结构，并将其和数据行关联起来。

知道了锁的类型和实体概念后，我们再来看下锁协议。锁协议即我们常听说的 两阶段锁 ，即加锁和解锁是两个不同的阶段。即执行加锁语句是加锁，但是语句执行完不会立马释放，而是等到事务提交或者回滚时才解锁释放。

不论表锁还是行锁，都可以分为共享锁（Share lock）和排它锁（(exclusive lock），共享锁简写为S锁，排它锁简写为X锁。

读操作加共享锁，写操作加排它锁。要解决竟态问题，那么S和X锁相互之间肯定是互斥的。所以id=5的数据行加了S锁，就无法加X锁，反之亦然。但是可以继续加相同的S锁。

表中记录加上行锁后，假如此时要给表加表锁，那么肯定要检查表中记录行是否存在行锁。遍历是不可能遍历的，同样可以参考锁结构位图的思想。在加行锁的时候，给表加上意向锁，即分别为：IS锁、IX锁。

意向锁的作用仅仅是标识该表中的记录行正存在S锁或者X锁，或者没有记录行加锁。这样加表锁的时候就不需要遍历检查记录行了。

当给记录行加S锁时，会给表加IS锁，这样当再准备向表加表级X锁时，该操作就会被阻塞。当时给表加表级S锁时，该操作就可以继续执行。

最后一块是死锁，死锁无关乎数据库，并发场景都可能遇到。死锁问题的解决方案分两种：

• 超时放弃
• 检测环

死锁问题简单了解即可，涉及到加锁分析后可以再进一步讨论。

关于锁这块，重点就是加锁分析，虽然扫描到的锁都会加 next-key lock，但是针对不同的索引类型和查找条件，next-key lock会退化为record lock 或者 gap lock，或者扫描的行数不同。相关的知识内容，在实战篇中再进一步分析，先把头脑中的逻辑和知识脉络梳理清楚。