Mysql学习专栏之五(Mysql中的全局锁,表级锁和行锁)

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。锁就是起到这样的作用。

根据加锁的范围,MySQL 里面的锁大致可以分成全局锁、表级锁和行锁三类。

一. 全局锁

全局锁其实就是对整个数据库实例加锁,MySQL 提供了2种加全局读锁的方法:

  • Flush tables with read lock (FTWRL)
  • set global readonly=true
相同点

一个库被全局锁上以后,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都会被阻塞。

不同点

1. 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,所以不建议使用该种方式。

2. 在异常处理机制上有差异。如果执行 FTWRL 命令后,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。

典型使用场景

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,在备份过程中整个库完全处于只读状态。

实际上这样做是存在一定风险的:

  • 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。

那么如果我们不加全局锁的话,会发生什么问题呢?

假如现在有两张表,账单表和余额表,如果用户购买商品后生成了账单,但是余额还未扣除的时间点上进行了备份,这样会破坏数据的一致性。也就是说,备份系统备份的得到的库不是一个逻辑时间点,这个视图是逻辑不一致的。

实际上,官方自带的逻辑备份工具: mysqldump是可以解决这个问题的,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。

既然有了这个功能,为什么还需要 FTWRL 呢?一致性读是好,但前提是引擎要支持这个隔离级别。比如,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,我们就需要使用 FTWRL 命令了。

所以,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 DBA 要求业务开发人员使用InnoDB 替代 MyISAM 的原因之一。

二. 表级锁

MySQL 里面表级别的锁有两种:一种是表锁,一种是元数据锁(meta data lock,MDL)。

1.表锁

表锁用于用于为单个表加锁,表锁的类型分为读锁和写锁。

加表锁的命令:

 lock tablesread/write

释放表锁的命令:

 unlock tables

表锁对线程的阻塞作用:

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。

比如线程A对表加表锁后:

  • 不能对没有加锁的表执行DML和DDL语句;
  • 对加了read表锁的表只能进行读操作;
  • 对加了write表锁的表能进行读写操作;

在线程A没有释放表所前,对于后续的线程B:

  • 无法读写线程A加了write表锁的表;
  • 可读但无法写线程A加了read表锁的表;
  • 可读写没有加表锁的表;

2.元数据锁 MDL(metadata lock)

MySQL5.5版本引入了MDL锁(metadata lock),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。MDL 不需要显式使用,在访问一个表的时候会被自动加上。

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。

考虑到MDL的互斥性,添加字段的时候就需要异常的小心,比如下面的操作序列就会造成大面积的阻塞:

在这里插入图片描述
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 读锁的请求都会被 session C 阻塞,也就是说,所有对表的增删改查这些需要先申请MDL 读锁的操作,就都被锁住了,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。

为了解决这个问题,我们可以考虑暂停 DDL,或者 kill 掉这个长事务。

而对于一个不得不添加字段而请求又很频繁的表,我们可以在 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 写锁就进行修改;拿不到也不要阻塞后面的业务语句,先放弃,之后再通过重试命令重复这个过程。

ALTER TABLE tbl_name WAIT N add column ... 

三. 行锁

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。

1. 两阶段锁协议

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

所以如果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。这样加锁时间最少,能够最大程度地减少事务之间的锁等待,从而提升了并发度。

虽然这样能够降低锁冲突发生的概率,但是并不代表完全不会出问题,当并发系统中不同线程出现循环资源依赖,涉及的线程都在等待别的线程释放资源时,就会导致这几个线程都进入无限等待的状态,称为死锁

2. 死锁和死锁检测

以下是一个死锁的模拟场景:
在这里插入图片描述
此时,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。

这个问题有两种解决策略:

  • 直接进入等待,直到超时。超时时间可以通过参数 innodb_lock_wait_timeout 来设置。在 InnoDB 中,innodb_lock_wait_timeout 的默认值是 50s,意味着出现死锁后,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。
  • 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。这个参数的默认值是 on,主动死锁检测在发生死锁的时候,能够快速发现并处理,但是死锁检测本身会耗费大量的 CPU 资源。

如果能够确保业务一定不会发生死锁,也可以选择关掉死锁检测。但是这种操作本身带有一定的风险,我们可以采用另外一种思路,就是控制访问相同资源的并发事务量来减少死锁。这个就需要根据具体的业务逻辑来进行优化,比如通过将一行改成逻辑上的多行来减少锁冲突,以此来减少锁等待个数,也就减少了死锁检测的 CPU 消耗。

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