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MySQL详解--锁(二)

时间:2014-10-26 19:08     热度:1096     来源:互联网

InnoDB行锁实现方式

InnoDB行锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的,这一点MySQL与Oracle不同,后者是通过在数据块中对相应数据行加锁来实现的。InnoDB这种行锁实现特点意味着: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!

在实际应用中,要特别注意InnoDB行锁的这一特性,不然的话,可能导致大量的锁冲突,从而影响并发性能。下面通过一些实际例子来加以说明。

(1)在不通过索引条件查询的时候,InnoDB确实使用的是表锁,而不是行锁。

在如表20-9所示的例子中,开始tab_no_index表没有索引:

mysql> create table tab_no_index(id int,name varchar(10)) engine=innodb;
Query OK, 0 rows affected (0.15 sec)
mysql> insert into tab_no_index values(1,'1'),(2,'2'),(3,'3'),(4,'4');
Query OK, 4 rows affected (0.00 sec)
Records: 4  Duplicates: 0  Warnings: 0

表20-9   InnoDB存储引擎的表在不使用索引时使用表锁例子

session_1

session_2

mysql> set autocommit=0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from tab_no_index where id = 1 ;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 1    | 1    |

+------+------+

1 row in set (0.00 sec)

mysql> set autocommit=0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from tab_no_index where id = 2 ;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 2    | 2    |

+------+------+

1 row in set (0.00 sec)

mysql> select * from tab_no_index where id = 1 for update;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 1    | 1    |

+------+------+

1 row in set (0.00 sec)



mysql> select * from tab_no_index where id = 2 for update;

等待

在如表20 -9所示的例子中,看起来session_1只给一行加了排他锁,但session_2在请求其他行的排他锁时,却出现了锁等待!原因就是在没有索引的情况下,InnoDB只能使用表锁。当我们给其增加一个索引后,InnoDB就只锁定了符合条件的行,如表20-10所示。

创建tab_with_index表,id字段有普通索引:

mysql> create table tab_with_index(id int,name varchar(10)) engine=innodb;
Query OK, 0 rows affected (0.15 sec)
mysql> alter table tab_with_index add index id(id);
Query OK, 4 rows affected (0.24 sec)
Records: 4  Duplicates: 0  Warnings: 0

表20-10   InnoDB存储引擎的表在使用索引时使用行锁例子

session_1

session_2

mysql> set autocommit=0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from tab_with_index where id = 1 ;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 1    | 1    |

+------+------+

1 row in set (0.00 sec)

mysql> set autocommit=0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from tab_with_index where id = 2 ;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 2    | 2    |

+------+------+

1 row in set (0.00 sec)

mysql> select * from tab_with_index where id = 1 for update;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 1    | 1    |

+------+------+

1 row in set (0.00 sec)



mysql> select * from tab_with_index where id = 2 for update;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 2    | 2    |

+------+------+

1 row in set (0.00 sec)

(2)由于MySQL的行锁是针对索引加的锁,不是针对记录加的锁,所以虽然是访问不同行的记录,但是如果是使用相同的索引键,是会出现锁冲突的。应用设计的时候要注意这一点。

在如表20-11所示的例子中,表tab_with_index的id字段有索引,name字段没有索引:

mysql> alter table tab_with_index drop index name;
Query OK, 4 rows affected (0.22 sec)
Records: 4  Duplicates: 0  Warnings: 0
mysql> insert into tab_with_index  values(1,'4');
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
mysql> select * from tab_with_index where id = 1;
+------+------+
| id   | name |
+------+------+
| 1    | 1    |
| 1    | 4    |
+------+------+
2 rows in set (0.00 sec)

表20-11 InnoDB存储引擎使用相同索引键的阻塞例子       

session_1

session_2

mysql> set autocommit=0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> set autocommit=0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from tab_with_index where id = 1 and name = '1' for update;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 1    | 1    |

+------+------+

1 row in set (0.00 sec)



虽然session_2访问的是和session_1不同的记录,但是因为使用了相同的索引,所以需要等待锁:

mysql> select * from tab_with_index where id = 1 and name = '4' for update;

等待

(3)当表有多个索引的时候,不同的事务可以使用不同的索引锁定不同的行,另外,不论是使用主键索引、唯一索引或普通索引,InnoDB都会使用行锁来对数据加锁。

在如表20-12所示的例子中,表tab_with_index的id字段有主键索引,name字段有普通索引:

mysql> alter table tab_with_index add index name(name);
Query OK, 5 rows affected (0.23 sec)
Records: 5  Duplicates: 0  Warnings: 0

表20-12  InnoDB存储引擎的表使用不同索引的阻塞例子

session_1

session_2

mysql> set autocommit=0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> set autocommit=0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from tab_with_index where id = 1 for update;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 1    | 1    |

| 1    | 4    |

+------+------+

2 rows in set (0.00 sec)



Session_2使用name的索引访问记录,因为记录没有被索引,所以可以获得锁:

mysql> select * from tab_with_index where name = '2' for update;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 2    | 2    |

+------+------+

1 row in set (0.00 sec)


由于访问的记录已经被session_1锁定,所以等待获得锁。:

mysql> select * from tab_with_index where name = '4' for update;

(4)即便在条件中使用了索引字段,但是否使用索引来检索数据是由MySQL通过判断不同执行计划的代价来决定的,如果MySQL认为全表扫描效率更高,比如对一些很小的表,它就不会使用索引,这种情况下InnoDB将使用表锁,而不是行锁。因此,在分析锁冲突时,别忘了检查SQL的执行计划,以确认是否真正使用了索引。关于MySQL在什么情况下不使用索引的详细讨论,参见本章“索引问题”一节的介绍。

在下面的例子中,检索值的数据类型与索引字段不同,虽然MySQL能够进行数据类型转换,但却不会使用索引,从而导致InnoDB使用表锁。通过用explain检查两条SQL的执行计划,我们可以清楚地看到了这一点。

例子中tab_with_index表的name字段有索引,但是name字段是varchar类型的,如果where条件中不是和varchar类型进行比较,则会对name进行类型转换,而执行的全表扫描。

mysql> alter table tab_no_index add index name(name);
Query OK, 4 rows affected (8.06 sec)
Records: 4  Duplicates: 0  Warnings: 0
mysql> explain select * from tab_with_index where name = 1 \G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
       table: tab_with_index
         type: ALL
possible_keys: name
        key: NULL
    key_len: NULL
          ref: NULL
         rows: 4
        Extra: Using where
1 row in set (0.00 sec)

mysql> explain select * from tab_with_index where name = '1' \G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE  
        table: tab_with_index
        type: ref
possible_keys: name
         key: name
     key_len: 23
         ref: const
        rows: 1
       Extra: Using where
1 row in set (0.00 sec)

间隙锁(Next-Key锁)

当我们用范围条件而不是相等条件检索数据,并请求共享或排他锁时,InnoDB会给符合条件的已有数据记录的索引项加锁;对于键值在条件范围内但并不存在的记录,叫做“间隙(GAP)”,InnoDB也会对这个“间隙”加锁,这种锁机制就是所谓的间隙锁(Next-Key锁)。

举例来说,假如emp表中只有101条记录,其empid的值分别是 1,2,...,100,101,下面的SQL:

Select * from  emp where empid > 100 for update;

是一个范围条件的检索,InnoDB不仅会对符合条件的empid值为101的记录加锁,也会对empid大于101(这些记录并不存在)的“间隙”加锁。

InnoDB使用间隙锁的目的,一方面是为了防止幻读,以满足相关隔离级别的要求,对于上面的例子,要是不使用间隙锁,如果其他事务插入了empid大于100的任何记录,那么本事务如果再次执行上述语句,就会发生幻读;另外一方面,是为了满足其恢复和复制的需要。有关其恢复和复制对锁机制的影响,以及不同隔离级别下InnoDB使用间隙锁的情况,在后续的章节中会做进一步介绍。

很显然,在使用范围条件检索并锁定记录时,InnoDB这种加锁机制会阻塞符合条件范围内键值的并发插入,这往往会造成严重的锁等待。因此,在实际应用开发中,尤其是并发插入比较多的应用,我们要尽量优化业务逻辑,尽量使用相等条件来访问更新数据,避免使用范围条件。

还要特别说明的是,InnoDB除了通过范围条件加锁时使用间隙锁外,如果使用相等条件请求给一个不存在的记录加锁,InnoDB也会使用间隙锁!

在如表20-13所示的例子中,假如emp表中只有101条记录,其empid的值分别是1,2,......,100,101。

表20-13                InnoDB存储引擎的间隙锁阻塞例子

session_1

session_2

mysql> select @@tx_isolation;

+-----------------+

| @@tx_isolation  |

+-----------------+

| REPEATABLE-READ |

+-----------------+

1 row in set (0.00 sec)

mysql> set autocommit = 0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select @@tx_isolation;

+-----------------+

| @@tx_isolation  |

+-----------------+

| REPEATABLE-READ |

+-----------------+

1 row in set (0.00 sec)

mysql> set autocommit = 0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

当前session对不存在的记录加for update的锁:

mysql> select * from emp where empid = 102 for update;

Empty set (0.00 sec)



这时,如果其他session插入empid为201的记录(注意:这条记录并不存在),也会出现锁等待:

mysql>insert into emp(empid,...) values(201,...);

阻塞等待

Session_1 执行rollback:

mysql> rollback;

Query OK, 0 rows affected (13.04 sec)



由于其他session_1回退后释放了Next-Key锁,当前session可以获得锁并成功插入记录:

mysql>insert into emp(empid,...) values(201,...);

Query OK, 1 row affected (13.35 sec)

恢复和复制的需要,对InnoDB锁机制的影响

MySQL通过BINLOG录执行成功的INSERT、UPDATE、DELETE等更新数据的SQL语句,并由此实现MySQL数据库的恢复和主从复制(可以参见本书“管理篇”的介绍)。MySQL的恢复机制(复制其实就是在Slave Mysql不断做基于BINLOG的恢复)有以下特点。

l  一是MySQL的恢复是SQL语句级的,也就是重新执行BINLOG中的SQL语句。这与Oracle数据库不同,Oracle是基于数据库文件块的。

l  二是MySQL的Binlog是按照事务提交的先后顺序记录的,恢复也是按这个顺序进行的。这点也与Oralce不同,Oracle是按照系统更新号(System Change Number,SCN)来恢复数据的,每个事务开始时,Oracle都会分配一个全局唯一的SCN,SCN的顺序与事务开始的时间顺序是一致的。

从上面两点可知,MySQL的恢复机制要求:在一个事务未提交前,其他并发事务不能插入满足其锁定条件的任何记录,也就是不允许出现幻读,这已经超过了ISO/ANSI SQL92“可重复读”隔离级别的要求,实际上是要求事务要串行化。这也是许多情况下,InnoDB要用到间隙锁的原因,比如在用范围条件更新记录时,无论在Read Commited或是Repeatable Read隔离级别下,InnoDB都要使用间隙锁,但这并不是隔离级别要求的,有关InnoDB在不同隔离级别下加锁的差异在下一小节还会介绍。

另外,对于“insert  into target_tab select * from source_tab where ...”和“create  table new_tab ...select ... From  source_tab where ...(CTAS)”这种SQL语句,用户并没有对source_tab做任何更新操作,但MySQL对这种SQL语句做了特别处理。先来看如表20-14的例子。

表20-14                   CTAS操作给原表加锁例子

session_1

session_2

mysql> set autocommit = 0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from target_tab;

Empty set (0.00 sec)

mysql> select * from source_tab where name = '1';

+----+------+----+

| d1 | name | d2 |

+----+------+----+

|  4 | 1    |  1 |

|  5 | 1    |  1 |

|  6 | 1    |  1 |

|  7 | 1    |  1 |

|  8 | 1    |  1 |

+----+------+----+

5 rows in set (0.00 sec)

mysql> set autocommit = 0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from target_tab;

Empty set (0.00 sec)

mysql> select * from source_tab where name = '1';

+----+------+----+

| d1 | name | d2 |

+----+------+----+

|  4 | 1    |  1 |

|  5 | 1    |  1 |

|  6 | 1    |  1 |

|  7 | 1    |  1 |

|  8 | 1    |  1 |

+----+------+----+

5 rows in set (0.00 sec)

mysql> insert into target_tab select d1,name from source_tab where name = '1';

Query OK, 5 rows affected (0.00 sec)

Records: 5  Duplicates: 0  Warnings: 0



mysql> update source_tab set name = '1' where name = '8';

等待

commit;



返回结果

commit;

在上面的例子中,只是简单地读 source_tab表的数据,相当于执行一个普通的SELECT语句,用一致性读就可以了。ORACLE正是这么做的,它通过MVCC技术实现的多版本数据来实现一致性读,不需要给source_tab加任何锁。我们知道InnoDB也实现了多版本数据,对普通的SELECT一致性读,也不需要加任何锁;但这里InnoDB却给source_tab加了共享锁,并没有使用多版本数据一致性读技术!

MySQL为什么要这么做呢?其原因还是为了保证恢复和复制的正确性。因为不加锁的话,如果在上述语句执行过程中,其他事务对source_tab做了更新操作,就可能导致数据恢复的结果错误。为了演示这一点,我们再重复一下前面的例子,不同的是在session_1执行事务前,先将系统变量 innodb_locks_unsafe_for_binlog的值设置为“on”(其默认值为off),具体结果如表20-15所示。

表20-15                   CTAS操作不给原表加锁带来的安全问题例子

session_1

session_2

mysql> set autocommit = 0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql>set innodb_locks_unsafe_for_binlog='on'

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from target_tab;

Empty set (0.00 sec)

mysql> select * from source_tab where name = '1';

+----+------+----+

| d1 | name | d2 |

+----+------+----+

|  4 | 1    |  1 |

|  5 | 1    |  1 |

|  6 | 1    |  1 |

|  7 | 1    |  1 |

|  8 | 1    |  1 |

+----+------+----+

5 rows in set (0.00 sec)

mysql> set autocommit = 0;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> select * from target_tab;

Empty set (0.00 sec)

mysql> select * from source_tab where name = '1';

+----+------+----+

| d1 | name | d2 |

+----+------+----+

|  4 | 1    |  1 |

|  5 | 1    |  1 |

|  6 | 1    |  1 |

|  7 | 1    |  1 |

|  8 | 1    |  1 |

+----+------+----+

5 rows in set (0.00 sec)

mysql> insert into target_tab select d1,name from source_tab where name = '1';

Query OK, 5 rows affected (0.00 sec)

Records: 5  Duplicates: 0  Warnings: 0



session_1未提交,可以对session_1的select的记录进行更新操作。

mysql> update source_tab set name = '8' where name = '1';

Query OK, 5 rows affected (0.00 sec)

Rows matched: 5  Changed: 5  Warnings: 0

mysql> select * from source_tab where name = '8';

+----+------+----+

| d1 | name | d2 |

+----+------+----+

|  4 | 8    |  1 |

|  5 | 8    |  1 |

|  6 | 8    |  1 |

|  7 | 8    |  1 |

|  8 | 8    |  1 |

+----+------+----+

5 rows in set (0.00 sec)


更新操作先提交

mysql> commit;

Query OK, 0 rows affected (0.05 sec)

插入操作后提交

mysql> commit;

Query OK, 0 rows affected (0.07 sec)


此时查看数据,target_tab中可以插入source_tab更新前的结果,这符合应用逻辑:

mysql> select * from source_tab where name = '8';

+----+------+----+

| d1 | name | d2 |

+----+------+----+

|  4 | 8    |  1 |

|  5 | 8    |  1 |

|  6 | 8    |  1 |

|  7 | 8    |  1 |

|  8 | 8    |  1 |

+----+------+----+

5 rows in set (0.00 sec)

mysql> select * from target_tab;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 4    | 1.00 |

| 5    | 1.00 |

| 6    | 1.00 |

| 7    | 1.00 |

| 8    | 1.00 |

+------+------+

5 rows in set (0.00 sec)

mysql> select * from tt1 where name = '1';

Empty set (0.00 sec)

mysql> select * from source_tab where name = '8';

+----+------+----+

| d1 | name | d2 |

+----+------+----+

|  4 | 8    |  1 |

|  5 | 8    |  1 |

|  6 | 8    |  1 |

|  7 | 8    |  1 |

|  8 | 8    |  1 |

+----+------+----+

5 rows in set (0.00 sec)

mysql> select * from target_tab;

+------+------+

| id   | name |

+------+------+

| 4    | 1.00 |

| 5    | 1.00 |

| 6    | 1.00 |

| 7    | 1.00 |

| 8    | 1.00 |

+------+------+

5 rows in set (0.00 sec)

从上可见,设置系统变量innodb_locks_unsafe_for_binlog的值为“on”后,InnoDB不再对source_tab加锁,结果也符合应用逻辑,但是如果分析BINLOG的内容:

......
SET TIMESTAMP=1169175130;
BEGIN;
# at 274
#070119 10:51:57 server id 1  end_log_pos 105   Query   thread_id=1     exec_time=0     error_code=0
SET TIMESTAMP=1169175117;
update source_tab set name = '8' where name = '1';
# at 379
#070119 10:52:10 server id 1  end_log_pos 406   Xid = 5
COMMIT;
# at 406
#070119 10:52:14 server id 1  end_log_pos 474   Query   thread_id=2     exec_time=0     error_code=0
SET TIMESTAMP=1169175134;
BEGIN;
# at 474
#070119 10:51:29 server id 1  end_log_pos 119   Query   thread_id=2     exec_time=0     error_code=0
SET TIMESTAMP=1169175089;
insert into target_tab select d1,name from source_tab where name = '1';
# at 593
#070119 10:52:14 server id 1  end_log_pos 620   Xid = 7
COMMIT;
......

可以发现,在BINLOG中,更新操作的位置在INSERT...SELECT之前,如果使用这个BINLOG进行数据库恢复,恢复的结果与实际的应用逻辑不符;如果进行复制,就会导致主从数据库不一致!

通过上面的例子,我们就不难理解为什么MySQL在处理“Insert  into target_tab select * from source_tab where ...”和“create  table new_tab ...select ... From  source_tab where ...”时要给source_tab加锁,而不是使用对并发影响最小的多版本数据来实现一致性读。还要特别说明的是,如果上述语句的SELECT是范围条件,InnoDB还会给源表加间隙锁(Next-Lock)。

因此,INSERT...SELECT...和 CREATE TABLE...SELECT...语句,可能会阻止对源表的并发更新,造成对源表锁的等待。如果查询比较复杂的话,会造成严重的性能问题,我们在应用中应尽量避免使用。实际上,MySQL将这种SQL叫作不确定(non-deterministic)的SQL,不推荐使用。

如果应用中一定要用这种SQL来实现业务逻辑,又不希望对源表的并发更新产生影响,可以采取以下两种措施:

¡  一是采取上面示例中的做法,将innodb_locks_unsafe_for_binlog的值设置为“on”,强制MySQL使用多版本数据一致性读。但付出的代价是可能无法用binlog正确地恢复或复制数据,因此,不推荐使用这种方式。

¡  二是通过使用“select * from source_tab ... Into outfile”和“load data infile ...”语句组合来间接实现,采用这种方式MySQL不会给source_tab加锁。

 

标签:  MYSQL  机制