更好的理解 MySQL(4):锁
摘要
在这篇文章中，我将从上一篇的一个小例子开始，跟你介绍一下InnoDB中的行锁。
在这里，会涉及到一个概念：两阶段加锁协议。
之后，我会介绍行锁中的S锁和X锁，以及这两种锁的作用。
但是我们会发现仅仅有行锁是不能解决幻读问题的，于是我会用例子的方式跟你介绍各种间隙锁。
最后，我会聊一聊粒度更大的表级锁和库锁。
1 行锁
在上一篇的文章中，我们用了这个具体的例子来解释MVCC：
假设我们调换一下T5和T6：
此时，T5是没有办法执行的。
原因是这样的：InnoDB在更新一行的时候，需要先获取这一行的行锁。
但是，当一条语句获取了行锁之后，不是这行语句执行完毕就能释放锁，而是要等到这个事务执行完毕，才会释放锁。
这里涉及到了两阶段加锁协议：它规定事务的加锁和解锁分为两个独立的阶段，加锁阶段只能加锁不能解锁，一旦开始解锁，则进入解锁阶段，不能再加锁。
然后我们再来说说共享锁（S锁，读锁）和排他锁（X锁，写锁）。
对于共享锁来说，如果一个事务获取了某一行的共享锁，则这个事务只能读这一行数据，而不能修改，并且其他事务也可以获取这一行数据的共享锁，读取这一行的数据，同样不能修改数据。
对于排它锁，只能被某一个事务获取。并且在获取排它锁之前，这一行数据上不能存在共享锁。一旦某一个事务获取了这一行的排它锁，那么只有这一个事务可以对这一行数据进行读写操作，其他事务对这一行数据的读写操作都会被阻塞。
此外，不仅仅只有更新操作，插入、删除操作也会获取这一行数据的X锁。
在这里我还要再介绍这两个概念：“快照读”和“当前读”。
你可能还会有印象，在上一篇内容中，我提到了所有的更新操作都必须是“当前读”，现在可以解释原理了，在更新一行数据的时候，InnoDB会对需要更新的那行数据加上X锁，直接获取最新的那一行数据。
与之相对的是“快照读”，也就是MVCC中的数据读取方式，利用“快照”来读取数据的方式，可以极大的提高事务的并发度。
但是并不是说select语句就只能读取快照，它也照样可以给需要读取的数据加锁，来读取最新的数据。也就是说，select语句也一样可以“当前读”。
下面这两个select语句，就是分别加了读锁（S锁，共享锁）和写锁（X锁，排他锁）。
mysql> select k from t where id=1 lock in share mode;
mysql> select k from t where id=1 for update;
注意，由于两阶段加锁协议的存在，如果你采用了一致性读，那么这个锁必须要等事务提交后才能解除。这是牺牲了并发度的一种做法。所以，如果所有的select语句，都加上了S锁，此时的“可重复读”，就变成了“序列化”。
2 间隙锁
2.1 幻读问题
还记得我们上面提到过的幻读吗？
现在你应该能够理解幻读产生的原因了：因为在插入数据的时候，InnoDB采用的是当前读，而读取数据的时候，由于MVCC的存在，采用的是快照读，这就造成了幻读。
但是我们在上面又提到了，select语句也一样可以采用“当前读”。那么，这样能解决幻读吗？
答案是能解决其中一种情况的幻读。
比如我们在上一篇文章中举的关于幻读的例子：
现在你能理解了，因为这里的select是快照读，而事务B的插入操作对于事务A来说是不可见的。如果在T5时刻，事务A的sql语句是select * from t where v = 0 for update，即采用当前读的话，是可以看得到事务B所提交的数据的，这样的话，就避免了幻读的情况。
那如果在T2时刻，事务A的语句就是select * from t where v = 0 for update会怎么样的？
如果在T2时刻就使用了“当前读”，那么T3时刻事务B是无法进行插入操作的。你可以理解为，T2时刻，InnoDB把v=0的数据，都给加上了一把锁。
因为这行sql语句把v=0的数据行都锁住了，所以没有办法再插入一行v=0的数据。
这听起来似乎没什么不对的，但是你仔细想一想，InnoDB中的行锁，锁住的是已经存在的数据。而对于即将要插入的数据，为什么也会被锁住呢？这是不符合行锁的定义的。
这个时候就可以说到间隙锁了。
简单来讲，就是这条语句不仅会锁住所查询的那行数据，还会把这行数据周围的间隙锁住，不让其他事务插入。
也就是说，行锁是锁住已有的数据，而间隙锁，是锁住即将要插入的位置，不让其他数据插入。
在官方文档有这么一句话：
Gap locking can be disabled explicitly. This occurs if you change the transaction isolation level to READ COMMITTED or enable the
innodb_locks_unsafe_for_binlogsystem variable (which is now deprecated).
也就是说，间隔锁在“可重复读”事务隔离级别是默认生效的。所以，MySQL在“可重复读”的事务隔离级别下，是有办法解决幻读问题的。
下面我们来看看哪些情况InnoDB会给数据加上间隔锁，并且这里的间隔锁范围有多大，注意，下面列举的四种情况，指的是where条件中的字段的索引类型。
主键索引
唯一普通索引
非唯一普通索引
无索引
先定义这么一个表：
CREATE TABLE `t` (
`id` int(11) NOT NULL,
`a` int(11) DEFAULT NULL,
`b` int(11) DEFAULT NULL,
`c` int(11) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
UNIQUE KEY `a` (`a`),
KEY `b` (`b`)
) ENGINE=InnoDB;
id是主键，a是一个唯一索引，b是一个普通索引，c不包含任何的索引字段。
然后插入以下的这些数据：
insert into t values(0,0,0,0),(5,5,5,5),(10,10,10,10);
然后我们开始分析各种情况。
2.2 主键索引
因为没有其他的数据，所以主键索引在数据页内的编排如上图，并且含有4个空隙。这里说的“空隙”，指的是数据可以插入的位置。
比如我要插入一个id为3的数据，这条数据就会插入到位于(0,5)这个空隙内。
下面我们开始尝试：
毫无疑问T3时刻的sql语句是会被阻塞的，原因是id = 5的这行数据已经被加锁了。那么，会不会存在有间隙锁呢？
因为这是一个主键索引，InnoDB必须保证id = 5的数据是唯一的，所以对于id=5的周围，比如(0,5)和(5,10)，不需要再加间隙锁了。
那么换一个条件再试试，我们查找id大于6且id小于8的数据，此时事务B中的语句同样会被阻塞。
这是因为，在主键索引没有命中的时候，会对所在的空白范围，全部加锁。注意，我这里说的是未命中的所有空白范围，哪怕我这里的查找条件是大于6且小于8，但是加锁的范围不是(6,8)，而是(5,10)。
你可以简单的理解为：从查找条件的最小值开始，往前找到第一个索引值；并且从查找条件的最大值开始，往后找到第一个索引值，这个范围就是加锁的范围。
你可能还会有一个疑问，如果是select * from t where id = 8 for update会怎么样呢？这个问题和上面一样，只要未命中，就加范围锁，锁住空隙(5,10)。
总结一下：对于主键索引来说，命中了，就只加行锁；没命中，则对查找范围的最小值往前找第一个主键，查找范围的最大值往后找第一个主键，并对这个范围加上间隙锁。
2.3 唯一索引
对于唯一索引来说，和主键索引其实是差不多的。当索引命中之后，因为唯一索引同样保证了索引的唯一性，所以不需要给这行数据的周围加上间隙锁，只会给命中的数据加锁。
但是这里和主键索引不同的地方是，在给唯一索引a = 5加锁的同时，还会回表，将a = 5对应的主键id = 5这行记录加锁。所以，事务B的修改也同样会被阻塞。
这也是为了防止造成数据不一致的情况，比如我把a = 5的这行数据删了，然后事务B又通过这行数据的主键来对这行数据进行操作。
对于带有范围的查找，和上面主键索引的间隙锁规则是一样的，这里不再赘述。值得注意的是，在唯一索引中，只要命中了，就会相应的给这条索引对应的主键id也加锁。
还需要补充一点，当主键索引和唯一索引直接命中的时候，如下图所示，InnoDB除了给a = 5这行数据加了行锁，还可能给(5, 5)这个间隙加了间隙锁，这样的说法听起来很奇怪。
因为事务A是给a = 5这行数据加了行锁，而行锁只能针对已经存在的数据，不能加到即将插入的数据上；此外，当事务A执行这条语句的时候，事务B是会被阻塞的。直到事务A提交，事务B才会提示唯一索引重复。也就是说，在事务B执行这行语句的时候，是无法访问id = 5这行数据的，事务B不知道id = 5到底存不存在。
所以我才说：当索引直接命中的时候，还会加上这么一个小小的间隙锁。我没有查到这方面的资料，如果你能解释的话，请留言告诉我。
2.4 普通索引
对于普通索引来说，与唯一索引最大的区别，就是普通索引不是必须唯一的，也就是说，当插入数据的时候，可能会有重复的情况。
而在上面的内容中我们也发现了一个规律：InnoDB的间隙锁，就是为了防止新插入的数据影响查找结果。
所以对于普通索引来说，还需要防止新插入的数据和原数据一样的情况（因为唯一索引不需要担心这么一种情况）。
下面我们举例说明，在此之前先插入一行数据：
insert into t values(8,8,5,8);
那么此时我们的索引b，是这样的：
因为是非唯一索引的原因，在两个b = 5的间隙，也能插入数据。
如图所示，我们这次把查找条件换成了b = 5。此时，我们插入的数据id = 1，理论上应该要插入(0,5)这个间隙内，但是由于间隙锁的存在，插入将被阻塞。
换一句话说，只要此时插入的数据b = 5，那么就一定无法插入。
而对于未命中的条件，规则和上文中说到的一样，根据查找条件的最小值往前找到第一个一个索引，再根据这个条件的最大值往后找到第一个索引，构成间隙锁的范围。
此外，与唯一索引一样，所有命中的数据行，都会回表将主键id也锁住。
2.5 无索引
可以看到，我们的查找条件是c = 5，直接命中了数据。此时我们插入的数据是c = 6，看起来和事务A无关，但是出乎意料的是，事务B还是会被阻塞。
直接说结论：对于不含有索引的查找项来说，会锁住所有的间隙和所有的数据。
关于幻读的问题的一些case，到这里就研究完了（但是我不确定有没有遗漏，如果有，还请你留言告诉我）。
在最后还需要说一个概念，行锁与间隔锁，合称next-key lock。并且需要注意的是，只有在可重复读的事务隔离级别中，才会有间隔锁。并且可重复读是遵循两阶段锁协议，所有加锁的资源，都是在事务提交或者回滚的时候才释放的。所以，在防止幻读产生的时候，同样降低了并发度。
3 表级锁
在上一节说完了行级锁之后，我们再来聊聊表级锁。
表级锁有两种，一种是显式添加的，一种是隐式添加的。
3.1 读写表锁
还记得我们在上文中提到的读锁和写锁的特点吗，这点在表锁中是一样的。
给表加上了写锁，意味着只有这个会话拥有读写这个表的权限；给表加上了读锁，才能读取这个表上的数据，并且可以多个线程共享读锁，但是，只有当某个表上没有读锁时，才能给这个表加上写锁。
下面是给表加锁的语法：
lock tables table_name read
lock tables table_name write
3.2 MDL
MDL指的是（Metadata Lock），指的是元数据锁。
MDL也分为了读锁和写锁，功能和上面提到的一样。
只不过MDL不需要像表锁那样显式的使用，它会在访问一个表的时候会被自动加上。其中，在某个表对数据进行操作（包括insert,delete,update,select）的时候，会隐式的加上MDL读锁，在修改表的结构的时候，会加上写锁。
这样做的目的是，防止在一个事务操作数据的时候，表结构被另一个事务给修改了。或者在某一个事务修改表结构的时候，不允许其他的事务操作数据。
4 库锁
顾名思义，库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)。
使用过这个命令之后，相当于对全库增加了一个读锁，此时其他线程的数据更新语句（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。
全局锁的典型使用场景是，做全库逻辑备份。当然了，实现这个功能，我们也可以使用“可重复读”的事务隔离级别，做一次快照读，依然可以实现备份的功能。只不过，有些引擎并没有实现这个事务隔离级别。
写在最后
首先，谢谢你能看到这里。
在这篇文章中，尤其是间隙锁部分的内容，我没有查到太多的资料，所以很多内容都是我自己的理解。所以如果你发现了一些bad case，请你留言告诉我。又或者你发现了我哪里的理解是不对的，也请你留言告诉我，谢谢！
当然了，如果有哪里是我讲的不够明白的，也欢迎留言交流~
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