数据库锁设计的初衷是处理并发问题。作为多用户共享的资源，当出现并发访问的时候，数据库需要合理地控制资源的访问规则。而锁就是用来实现这些访问规则的重要数据结构。

1 全局锁

全局锁就是对整个数据库实例加锁。MySQL提供了一个加全局读锁的方法，命令是

Flush tables with read lock (FTWRL)

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当你需要让整个库处于只读状态的时候，可以使用这个命令，之后其他线程的以下语句会被阻塞：数据更新语句（数据的增删改）、数据定义语句（包括建表、修改表结构等）和更新类事务的提交语句。

全局锁的典型使用场景是，做全库逻辑备份。也就是把整库每个表都select出来存成文本。通过FTWRL确保不会有其他线程对数据库做更新，然后对整个库做备份。

这样做有缺陷：

如果在主库上备份，那么在备份期间都不能执行更新，业务基本上就得停摆；
如果在从库上备份，那么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。

但如果不加锁会有更大的问题：

假设现在要维护商品的购买系统，关注的是用户账户余额表和用户课程表。假设备份期间，有一个用户购买了一门课程，业务逻辑里就要扣掉他的余额，然后往已购课程里面加上一门课。如果时间顺序上是先备份账户余额表(u_account)，然后用户购买一门课，然后备份用户课程表(u_course)，如下图：

这个备份结果里，用户A的数据状态是“账户余额没扣，但是用户课程表里面已经多了一门课”。

官方自带的逻辑备份工具是mysqldump。当mysqldump使用参数–single-transaction的时候，导数据之前就会启动一个事务，来确保拿到一致性视图。而由于MVCC的支持，这个过程中数据是可以正常更新的。

对于MyISAM这种不支持事务的引擎，如果备份过程中有更新，总是只能取到最新的数据，那么就破坏了备份的一致性。这时就需要使用FTWRL命令。

故single-transaction方法只适用于所有的表使用事务引擎的库。如果有的表使用了不支持事务的引擎，那么备份就只能通过FTWRL方法。这往往是要求业务开发人员使用InnoDB替代MyISAM的原因之一。

既然要全库只读，为什么不使用set global readonly=true的方式呢？

readonly方式也可以让全库进入只读状态，但还是建议使用FTWRL方式：

在有些系统中，readonly的值会被用来做其他逻辑，比如用来判断一个库是主库还是备库。因此，修改global变量的方式影响面更大，不建议使用。
在异常处理机制上有差异。如果执行FTWRL命令之后由于客户端发生异常断开，那么MySQL会自动释放这个全局锁，整个库回到可以正常更新的状态。而将整个库设置为readonly之后，如果客户端发生异常，则数据库就会一直保持readonly状态，这样会导致整个库长时间处于不可写状态，风险较高。

2 表级锁

MySQL里面表级别的锁有两种：

表锁
元数据锁（meta data lock，MDL)

表锁的语法：

lock tables … read/write

与FTWRL类似，可以用unlock tables主动释放锁，也可以在客户端断开的时候自动释放。注意lock tables语法除了会限制别的线程的读写外，也限定了本线程接下来的操作对象。例如，在某个线程A中执行lock tables t1 read, t2 write; 则其他线程写t1、读写t2的语句都会被阻塞。同时，线程A在执行unlock tables之前，也只能执行读t1、读写t2的操作，不能访问其他表。

在还没有出现更细粒度的锁的时候，表锁是最常用的处理并发的方式。而对于InnoDB这种支持行锁的引擎，一般不使用lock tables命令来控制并发，毕竟锁住整个表的影响面还是太大。

MDL（metadata lock)：

MySQL 5.5中引入。MDL不需要显式使用，在访问一个表的时候会被自动加上。作用是保证读写的正确性。

当对一个表做增删改查操作的时候，加MDL读锁
当要对表做结构变更操作的时候，加MDL写锁

读锁之间不互斥，因此你可以有多个线程同时对一张表增删改查
读写锁之间、写锁之间是互斥的，用来保证变更表结构操作的安全性。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

虽然MDL锁是系统默认会加的，但却是不能忽略的一个机制。比如下面这个例子，给一个小表加个字段，导致整个库挂了。

session A先启动，这时候会对表t加一个MDL读锁。由于session B需要的也是MDL读锁，因此可以正常执行。
之后session C会被blocked，是因为session A的MDL读锁还没有释放，而session C需要MDL写锁，因此只能被阻塞。
之后所有要在表t上新申请MDL读锁的请求也会被session C阻塞，等于这个表现在完全不可读写了。
如果某个表上的查询语句频繁，而且客户端有重试机制，也就是说超时后会再起一个新session再请求的话，这个库的线程很快就会爆满。

根据以上分析可得：事务中的MDL锁，在语句执行开始时申请，但是语句结束后并不会马上释放，而会等到整个事务提交后再释放。所以在做表结构变更的时候，一定要小心不要导致锁住线上查询和更新。

如何安全地给小表加字段？

首先要解决长事务，事务不提交，就会一直占着MDL锁。在MySQL的information_schema 库的 innodb_trx 表中，可以查到当前执行中的事务。如果要做DDL变更的表刚好有长事务在执行，要考虑先暂停DDL，或者kill掉这个长事务。
如果要变更的表是一个热点表，虽然数据量不大，但是上面的请求很频繁
- 这时候kill可能未必管用，因为新的请求马上就来了。比较理想的机制是，在alter table语句里面设定等待时间，如果在这个指定的等待时间里面能够拿到MDL写锁最好，拿不到也不要阻塞后面的业务语句，先放弃。之后开发人员再通过重试命令重复这个过程。

3 面试题

备份一般都会在备库上执行，在用–single-transaction方法做逻辑备份的过程中，如果从主库的binlog传来一个DDL语句会怎么样？

解答：

假设这个DDL是针对表t1的，这里把备份过程中几个关键的语句列出来：

Q1:SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
Q2:START TRANSACTION  WITH CONSISTENT SNAPSHOT；
/* other tables */
Q3:SAVEPOINT sp;
/* 时刻 1 */
Q4:show create table `t1`;
/* 时刻 2 */
Q5:SELECT * FROM `t1`;
/* 时刻 3 */
Q6:ROLLBACK TO SAVEPOINT sp;
/* 时刻 4 */
/* other tables */

在备份开始的时候，为了确保RR（可重复读）隔离级别，再设置一次RR隔离级别(Q1);

启动事务，这里用 WITH CONSISTENT SNAPSHOT确保这个语句执行完就可以得到一个一致性视图（Q2)；

设置一个保存点，这个很重要（Q3）；

show create 是为了拿到表结构(Q4)，然后正式导数据（Q5），回滚到SAVEPOINT sp，在这里的作用是释放 t1的MDL锁。

参考答案：

如果在Q4语句执行之前到达，现象：没有影响，备份拿到的是DDL后的表结构。
如果在“时刻 2”到达，则表结构被改过，Q5执行的时候，报 Table definition has changed, please retry transaction，现象：mysqldump终止；
如果在“时刻2”和“时刻3”之间到达，mysqldump占着t1的MDL读锁，binlog被阻塞，现象：主从延迟，直到Q6执行完成。
从“时刻4”开始，mysqldump释放了MDL读锁，现象：没有影响，备份拿到的是DDL前的表结构。

4 行锁

MySQL的行锁是在引擎层由各个引擎自己实现的。但并不是所有的引擎都支持行锁，比如MyISAM引擎就不支持行锁。不支持行锁意味着并发控制只能使用表锁，对于这种引擎的表，同一张表上任何时刻只能有一个更新在执行，这就会影响到业务并发度。但InnoDB是支持行锁的。

行锁就是针对数据表中行记录的锁。比如事务A更新了一行，而这时候事务B也要更新同一行，则必须等事务A的操作完成后才能进行更新。

4.1 从两阶段锁说起

在下面的操作序列中，事务B的update语句执行时现象？

这个问题的结论取决于事务A在执行完两条update语句后，持有哪些锁，以及在什么时候释放。实际上事务B的update语句会被阻塞，直到事务A执行commit之后，事务B才能继续执行。

所以事务A持有的两个记录的行锁，都是在commit的时候才释放的。即，在InnoDB事务中，行锁是在需要的时候才加上的，但并不是不需要了就立刻释放，而是要等到事务结束时才释放。这个就是两阶段锁协议。

根据这个结论我们有如下经验：如果你的事务中需要锁多个行，要把最可能造成锁冲突、最可能影响并发度的锁尽量往后放。

举例：

一个电影票在线交易业务，顾客A要在影院B购买电影票，实现如下操作：

从顾客A账户余额中扣除电影票价；
给影院B的账户余额增加这张电影票价；
记录一条交易日志。

要完成这个交易，我们需要update两条记录，并insert一条记录。当然，为了保证交易的原子性，我们要把这三个操作放在一个事务中。

试想如果同时有另外一个顾客C要在影院B买票，那么这两个事务冲突的部分就是语句2。因为它们要更新同一个影院账户的余额，需要修改同一行数据。

根据两阶段锁协议，不论你怎样安排语句顺序，所有的操作需要的行锁都是在事务提交的时候才释放的。所以，如果把语句2安排在最后，那么影院账户余额这一行的锁时间就最少。这就最大程度地减少了事务之间的锁等待，提升了并发度。

事务A在等待事务B释放id=2的行锁，而事务B在等待事务A释放id=1的行锁。事务A和事务B在互相等待对方的资源释放，就是进入了死锁状态。当出现死锁以后，有两种策略：

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。
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，让其他事务得以继续执行。将参数innodb_deadlock_detect设置为on，表示开启这个逻辑。

在InnoDB中，innodb_lock_wait_timeout的默认值是50s，意味着如果采用第一个策略，当出现死锁以后，第一个被锁住的线程要过50s才会超时退出，然后其他线程才有可能继续执行。对于在线服务来说，这个等待时间往往是无法接受的。

但是，我们又不可能直接把这个时间设置成一个很小的值，比如1s。这样当出现死锁的时候，确实很快就可以解开，但如果不是死锁，超时时间设置太短的话，会出现很多误伤。

所以，正常情况下我们还是要采用第二种策略，即：主动死锁检测，而且innodb_deadlock_detect的默认值就是on。主动死锁检测在发生死锁的时候，是能够快速发现并进行处理的，但是它也是有额外负担的。

想象一下这个过程：每当一个事务被锁的时候，就要看看它所依赖的线程有没有被别人锁住，如此循环，最后判断是否出现了循环等待，也就是死锁。

回到电影院做活动的场景，所有事务都要更新同一行：

每个新来的被堵住的线程，都要判断会不会由于自己的加入导致了死锁，这是一个时间复杂度是O(n)的操作。假设有1000个并发线程要同时更新同一行，那么死锁检测操作就是100万这个量级的。虽然最终检测的结果是没有死锁，但是这期间要消耗大量的CPU资源。因此就会看到CPU利用率很高，但是每秒却执行不了几个事务。

解决由这种热点行更新导致的性能问题：

问题在于，死锁检测要耗费大量的CPU资源。

方法1：如果你能确保这个业务一定不会出现死锁，可以临时把死锁检测关掉
- 但是这种操作本身带有一定的风险，因为业务设计的时候一般不会把死锁当做一个严重错误，毕竟出现死锁了，就回滚，然后通过业务重试一般就没问题了，这是业务无损的。而关掉死锁检测意味着可能会出现大量的超时，这是业务有损的。

方法2：控制并发度
- 如果并发能够控制住，比如同一行同时最多只有10个线程在更新，那么死锁检测的成本很低，就不会出现这个问题。一个直接的想法就是，在客户端做并发控制。但是，这个方法不太可行，因为客户端很多。

因此，这个并发控制要做在数据库服务端。如果有中间件，可以考虑在中间件实现；基本思路就是，对于相同行的更新，在进入引擎之前排队。这样在InnoDB内部就不会有大量的死锁检测工作了。

从设计上优化热点行更新问题：

可以考虑通过将一行改成逻辑上的多行来减少锁冲突。

可以考虑放在多条记录上，比如10个，影院的账户总额等于这10个记录的值的总和。这样每次要给影院账户加金额的时候，随机选其中一条记录来加。这样每次冲突概率变成原来的1/10，可以减少锁等待个数，也就减少了死锁检测的CPU消耗。

mysql的全局锁、表锁、行锁（给表加个字段怎么有这么多阻碍）

1 全局锁

2 表级锁

3 面试题

4 行锁

4.1 从两阶段锁说起

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