深入了解MySQL中的事務和鎖

青灯夜游
發布: 2021-09-16 10:58:59
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深入了解MySQL中的事務和鎖

MySQL資料庫是一個多用戶存取系統,那麼就要面臨當多個用戶同時讀取和更新資料時,資料不會被破壞,所以就誕生了鎖,鎖一種並發控制技術,當一個使用者嘗試修改資料庫中的記錄時,首先要取得鎖,那麼持有這個鎖的使用者還在修改時,其他使用者就不能對這些記錄進行修改了。 【相關推薦:mysql影片教學

MySQL中的鎖定

##但是相對其他資料庫而言,MySQL的鎖定機制比較簡單, MySQL不同的儲存引擎有不同的鎖定機制,MylSAM和MEMORY儲存引擎採用的是表級鎖,BDB儲存引擎採用的是頁面鎖,而常用的InnoDB儲存引擎支援行級鎖、表級鎖,預設情況下是採用行級鎖。

這3種鎖的特性如下:

  • 表級鎖:開銷小,加鎖快,不會出現死鎖,鎖定粒度大,發生鎖定衝突的機率最高,並發度最低。

  • 行級鎖:開銷大,加鎖慢,會出現死鎖,鎖定粒度最小,發生鎖衝突的機率最低,並發度也最高。

  • 頁面鎖定:開銷和加鎖時間界於表鎖和行鎖之間,會出現死鎖,鎖定粒度界於表鎖和行鎖之間,並發度一般。

MyISAM

#MyISAM表鎖定

MySQL為表提供了兩種類型的鎖,它們是:

  • READ LOCK: 允許使用者只從表中讀取資料。

  • WRITE LOCK: 允許使用者對資料表進行讀取和寫入操作。

MyISAM對資料表的讀取操作,不會阻塞其他使用者對相同資料表的讀取請求, 但是會阻塞相同資料表的寫入請求,MyISAM對資料表的寫入操作,會阻塞其他使用者對同一表的讀取和寫入操作, MyISAM表的讀取操作與寫入操作之間,以及寫入操作之間是串行的。

MyISAM在執行查詢語句(SELECT)前,會自動將所有使用到的資料表加讀鎖定,在執行更新操作(UPDATE、DELETE、INSERT等)前,會自動為涉及的表格加寫鎖,這個過程並不需要我們手動幹預,所以我們一般不需要用LOCK TABLE指令來為MyISAM表明確加鎖,但是顯示加鎖也沒有什麼問題。

還有在用LOCK TABLES給表明確加表鎖時,必須同時取得所有涉及表的鎖,因為在執行LOCK TABLES後,只能訪問顯式加鎖的這些表,不能訪問未加鎖的表,否則會出錯,同時,如果加的是讀鎖,那麼只能執行查詢操作,不能執行更新操作,否則也會報錯,在自動加鎖的情況下也是如此,這也正是MyISAM表不會出現死鎖的原因。

下面看一個列子。

1、建立一張表格

CREATE TABLE test_table (   
      Id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,   
      Name VARCHAR(50) NOT NULL,   
      Message VARCHAR(80) NOT NULL,  
      PRIMARY KEY (Id)  
);
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2、會話1取得寫入鎖定

mysql> lock table  test_table write;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
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3、會話2讀取。

我們知道在某個會話持有WRITE鎖定時,所有其他會話都無法存取該表的數據,所以在第二個會話執行下面語句時,會一直處於等待狀態。

mysql> select * from test_table;
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4、會話1解鎖

unlock table;
登入後複製

並發插入

在MyISAM裡讀寫操作是串列的,但可以根據concurrent_insert的設置,讓MyISAM支援並行查詢和插入。

concurrent_insert取值如下:

  • 0:不允許並發插入功能。

  • 1:允許對沒有空洞的表格使用並發插入,新資料位於資料檔案結尾(預設)。

  • 2:不管表有沒有空洞,都允許在資料檔案結尾並發插入。

空洞指的是表格的中間沒有被刪除的行。

InnoDB

InnoDB不同於MyISAM,他有兩個特點,一是支援事務,二是採用了行級鎖,行級鎖和表鎖有很多不同的地方。

交易特性

  • 原子性

    交易是一個原子操作單元, 對資料的修改,要麼全部執行,要么全都不執行。

  • 一致性

    在交易開始和完成時,資料都必須保持一致狀態。這意味著所有相關的資料規則都必須應用於事務的修改,以保持資料的完整性。

  • 隔離性

    資料庫系統保證事務在不受外部並發操作影響,可以"獨立"環境執行,這意味著事務處理過程中的中間狀態對外部是不可見的。

  • 持久性

    交易完成之後,它對於資料的修改是永久性的,即使出現系統故障也能夠維持。

並發事務處理帶來的問題

相對於串行處理來說,雖然提高了資源利用率,可以支援更多的用戶,但並發事務處理也會帶來些問題, 主要包括以下幾種情況。

更新遺失#

由于每个事务都不知道其他事务的存在,就会发生丢失更新问题,也就是最后的更新覆盖了由其他事务所做的更新。

脏读

脏读又称无效数据的读出,当事务1将某一值修改后,然后事务2读取该值,后面事务1又因为一些原因撤销对该值的修改,这就导致了事务2所读取到的数据是无效的。

不可重复读

指的是一个事务在读取某些数据后,再次读取之前读过的数据,却发现读出的数据已经发生了改变。

幻读

当事务1按相同的查询条件重新读取以前查询过的数据时,却发现其他事务插入了满足这个条件的新数据。

事务隔离级别

上面说的"更新丢失"是应该完全避免的,但防止更新丢失,并不能单靠数据库事务控制器来解决,需要应用程序对要更新的数据加必要的锁。

而脏读、不可重复读、幻读,都是数据库读一致性问题,必须由数据库提供事务隔离机制来解决。数据库实现事务隔离的方式,可分为以下两种,一种是在读取数据前加锁,阻止其他事务对数据进行修改,另一种不需要锁,通过MVCC或MCC来实现,这种技术叫做数据多版本并发控制,通过一定机制生成一个数据请求时间点的一致性数据快照,并用这个快照来提供一定级别的一致性读取。

数据库的事务隔离越严格,并发副作用越小,但付出的代价也就越大,因为事务隔离实质上就是使事务在一定程度上串行化进行。

InnoDB有四个事务隔离级别: READ UNCOMMITTED, READ COMMITTED, REPEATABLE READ,和 SERIALIZABLE。默认隔离级别是REPEATABLE READ。

隔离级别脏读不可重复性幻读
读未提交
读已提交×
可重复读取××
可序列化(serializable)×××

查询/更改隔离级别

显示隔离级别
show global variables like '%isolation%';
select @@transaction_isolation;

设置隔离级别
set global transaction_isolation ='read-committed';
set session transaction isolation level read uncommitted;
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READ UNCOMMITTED(读未提交)

在这个隔离级别,所有事务都可以看到其他未提交事务的执行结果。这种隔离级别在实际应用中很少使用,读取未提交的数据也称为脏读。

例子

启动两个会话,并设置隔离级别为READ UNCOMMITTED。

mysql> select * from user;
+-----------+---------+
| user_name | balance |
+-----------+---------+
| 张三      |     100 |
| 李四      |     100 |
| 王五      |      80 |
+-----------+---------+
登入後複製
时间事务1事务2
T1begin;begin;
T2select * from user where user_name="张三";
此时张三余额100

T3
select * from user where user_name="张三";
此时张三余额100
T4update user set balance =80 where user_name ="张三";
T4
select * from user where user_name="张三";
此时张三余额80
T5commitcommit

可以看到,在T4时刻,事务1没有提交,但是事务2可以看到被事务1锁更改的数据。

READ COMMITTED (读已提交)

这是大多数数据库系统的默认隔离级别,但不是MySQL的默认级别,他避免了脏读现象,因为在任何未提交的事务前,对任何其他事务都是不可见的,也就是其他事务看不到未提交的数据,允许不可重复读。

例子

将两个会话中隔离级别设置为读已提交
set session transaction isolation level read committed;
登入後複製
时间事务1事务2
T1begin;begin;
T2select * from user where user_name="张三";
此时张三余额100

T3
select * from user where user_name="张三";
此时张三余额100
T4update user set balance =80 where user_name ="张三";
T4
select * from user where user_name="张三";
此时张三余额100
T5commit
T5
select * from user where user_name="张三";
此时张三余额80

可以看到,在T4时刻,事务1没有提交,但是事务2读取到的数据还是100,当事务1提交后,事务2才可以看到。

REPEATABLE READ (可重复读)

这是 MySQL 的默认事务隔离级别,它确保同一事务读取数据时,将看到相同的数据行,但是会出现幻读,当事务1按条件进行查询后,另一个事务在该范围内插入一个新数据,那么事务1再次读取时,就会读到这个新数据。InnoDB 和 Falcon 存储引擎通过 mvcc(多版本并发控制)机制解决了这个问题。

例子

设置两个会话隔离级别为可重复读
set session transaction isolation level repeatable read;
登入後複製
时间事务1事务2
T1begin;begin;
T2update user set balance =80 where user_name ="张三";
T3commit;
T4
select * from user where user_name="张三";
张三余额为100

可以看到,在T3时刻,事务1已经提交更改,但是在T4时刻的事务2中,还是读取到了原来的数据,但是如果事务2在原来的基础上再减10元,那么最终余额是90还是70呢?,答案是70。.

mysql> update user set balance=balance-10 where user_name="张三";
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
Rows matched: 1  Changed: 1  Warnings: 0

mysql> select * from user where user_name="张三";
+-----------+---------+
| user_name | balance |
+-----------+---------+
| 张三      |      70 |
+-----------+---------+
1 row in set (0.00 sec)
登入後複製

SERIALIZABLE (序列化)

他是最高的隔离级别,InnoDB将所有普通SELECT语句隐式转换为SELECT ... LOCK IN SHARE MODE,所有事务按照顺序依次执行,因此,脏读、不可重复读、幻读都不会出现。但是,由于事务是串行执行,所以效率会大大下降,

例子
设置隔离级别为序列化
set session transaction isolation level serializable;
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时间事务1事务2
T1begin;begin;
T2select * from user where user_name="张三";
T3
update user set balance =80 where user_name ="张三";

这一次,有趣的是,事务2在T3时刻更新被阻止了,原因是在serializable隔离级别下,MySQL隐式地将所有普通SELECT查询转换为SELECT FOR SHARE, 持有SELECT FOR SHARE锁的事务只允许其他事务对SELECT行进行处理,而不允许其他事务UPDATEDELETE它们。

所以有了这个锁定机制,我们之前看到的不一致数据场景就不再可能了。

但是,这个锁具有超时时间,在等待一会后,如果其他事务在这段时间内没有提交或回滚释放锁,将抛出锁等待超时错误,如下所示:

ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
登入後複製

InnoDB行锁

InnoDB 的行级锁也分为共享锁和排他锁两种。

  • 共享锁允许持有锁的事务读取行。

  • 独占锁允许持有锁事务的更新或删除行。

为了允许行锁和表锁共存,实现多粒度锁机制,InnoDB还有两种内部使用的意向锁,这两种意向锁都是表锁。

  • 意向共享锁 事务想要获得一张表中某几行的共享锁。
  • 意向排他锁 事务想要获得一张表中某几行的排他锁。

InnoDB 行锁是通过锁定索引上的索引条目来实现的,因此,InnoDB 只有在通过索引条件检索到数据时才使用行级锁;否则,InnoDB 将使用表锁。

我们可以显示的加锁,但对于update、delete、insert语句,InnoDB会自动给涉及的数据集加排他锁,对于普通的 select 语句,InnoDB 不会加任何锁,下面是显示的加锁方式:

  • 共享锁:SELECT FROM table_name WHERE … LOCK IN SHARE MODE
  • 排他锁:SELECT * FROM table_name WHERE … FOR UPDATE

Next-Key锁

当我们使用范围条件而不是相等条件检索数据,并请求其共享或排他锁时,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Next-Key锁。

举例来说,假如user表中只有101条记录,其user_id的值分别是1.2. ..100. 101,当查找大于100的user_id时,使用下面SQL。

select.* from emp where user_id > 100 for update;
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这就是一个范围条件的查询, InnoDB不仅会对user_id为101的记录加锁,也会对user_id大于101的"间隙"加锁,虽然这些记录并不存在。

InnoDB使用Next-Key锁的目的,一方面是为了防止幻读,另一方面, 是为了满足恢复和复制的需要。

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