引言

在数据库的世界里，锁机制就像是一场精心编排的“锁”事大戏。每个角色都有自己的戏份，表锁、元数据锁、行锁、间隙锁、MVCC等轮番登场，共同维护着数据库的秩序。今天，我们就来揭开这场大戏的帷幕，看看这些锁是如何在MySQL中演绎出精彩的故事。

1. 表锁：数据库的“大门保安”

表锁是MySQL中最基本的锁机制，它就像是一个尽职尽责的“大门保安”，负责守护整个表的安全。当一个事务需要对表进行写操作时，表锁会毫不犹豫地将整个表锁住，确保没有其他事务能够干扰。

1.1 表锁的类型

• 读锁（共享锁）：多个事务可以同时持有读锁，但任何事务都不能对表进行写操作。
• 写锁（排他锁）：只有一个事务可以持有写锁，其他事务既不能读也不能写。

1.2 代码示例

sql

-- 事务1
LOCK TABLES my_table WRITE;
-- 执行写操作
UNLOCK TABLES;

-- 事务2
LOCK TABLES my_table READ;
-- 执行读操作
UNLOCK TABLES;

1.3 思考题

• 表锁的优缺点是什么？在什么场景下使用表锁比较合适？

优点：

• 简单粗暴：表锁的实现非常简单，适合对并发要求不高的场景。
• 开销小：锁的粒度大，管理锁的开销较小。

缺点：

• 并发性差：表锁会锁住整个表，导致其他事务无法访问，严重影响并发性能。
• 不适合高并发场景：在高并发环境下，表锁会成为性能瓶颈。

适用场景：

• 数据量小：表锁适合数据量较小的表，比如配置表、字典表等。
• 写操作少：如果表的写操作非常少，读操作较多，表锁也可以接受。

2. 元数据锁：数据库的“档案管理员”

元数据锁（MDL）是MySQL中用于保护表结构的锁机制，它就像是一个严谨的“档案管理员”，确保表的结构不会被随意修改。

2.1 MDL的作用

• 防止DDL操作冲突：当一个事务正在执行DDL操作（如ALTER TABLE）时，其他事务不能对表进行任何操作。
• 防止读操作冲突：当一个事务正在执行读操作时，其他事务不能对表进行DDL操作。

2.2 代码示例

sql

-- 事务1
ALTER TABLE my_table ADD COLUMN new_column INT;

-- 事务2
SELECT * FROM my_table;

2.3 思考题

• 元数据锁与表锁的区别是什么？在什么情况下会出现元数据锁的冲突？

区别：

• 表锁：锁住的是整个表的数据，防止其他事务对表进行读写操作。
• 元数据锁：锁住的是表的结构（元数据），防止其他事务修改表结构（如ALTER TABLE）或执行DDL操作。

元数据锁冲突的场景：

• DDL与DML冲突：当一个事务在执行DDL操作（如ALTER TABLE）时，另一个事务尝试执行DML操作（如SELECT、INSERT），就会发生元数据锁冲突。
• DDL与DDL冲突：两个事务同时尝试修改表结构（如都执行ALTER TABLE），也会发生元数据锁冲突。

3. 行锁：数据库的“精细管家”

行锁是MySQL中更为精细的锁机制，它就像是一个“精细管家”，能够精确地锁定表中的某一行，而不是整个表。

3.1 行锁的类型

• 共享锁（S锁）：多个事务可以同时持有共享锁，但不能持有排他锁。
• 排他锁（X锁）：只有一个事务可以持有排他锁，其他事务不能持有任何锁。

3.2 代码示例

sql

-- 事务1
START TRANSACTION;
SELECT * FROM my_table WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- 执行写操作
COMMIT;

-- 事务2
START TRANSACTION;
SELECT * FROM my_table WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;
-- 执行读操作
COMMIT;

3.3 思考题

• 行锁与表锁相比，有哪些优势？在什么场景下使用行锁更为合适？

优势：

• 并发性高：行锁只锁住特定的行，其他事务可以访问表中的其他行，大大提高了并发性能。
• 粒度细：锁的粒度更小，适合高并发场景。

适用场景：

• 高并发读写：比如电商系统中的订单表、库存表，需要频繁更新某一行数据。
• 事务复杂：在复杂的事务中，可能需要对多行数据进行操作，行锁可以避免锁住整个

4. 间隙锁：数据库的“隐形守护者”

间隙锁是MySQL中用于防止幻读的锁机制，它就像是一个“隐形守护者”，默默地守护着数据之间的间隙。

4.1 间隙锁的作用

• 防止幻读：当一个事务执行范围查询时，间隙锁会锁定查询范围内的所有间隙，防止其他事务插入新的数据。

4.2 代码示例

sql

-- 事务1
START TRANSACTION;
SELECT * FROM my_table WHERE id BETWEEN 1 AND 10 FOR UPDATE;
-- 执行写操作
COMMIT;

-- 事务2
START TRANSACTION;
INSERT INTO my_table (id) VALUES (5);
-- 事务2会被阻塞，直到事务1提交
COMMIT;

4.3 思考题

• 间隙锁是如何防止幻读的？在什么情况下会出现间隙锁的冲突？

防止幻读的原理：

• 锁定间隙：间隙锁会锁定一个范围（比如id BETWEEN 1 AND 10），不仅锁住已有的数据行，还会锁住这些行之间的“间隙”，防止其他事务插入新的数据。
• 避免幻读：通过锁定间隙，确保在事务执行期间，不会有新的数据插入到查询范围内，从而避免幻读。

间隙锁冲突的场景：

• 插入冲突：当一个事务锁定了某个范围的间隙（如id BETWEEN 1 AND 10），另一个事务尝试在这个范围内插入数据（如INSERT INTO my_table (id) VALUES (5)），就会发生间隙锁冲突。
• 范围查询冲突：两个事务同时尝试锁定同一个范围的间隙，也会发生冲突。

5. MVCC：数据库的“时间旅行者”

MVCC（多版本并发控制）是MySQL中用于实现高并发的机制，它就像是一个“时间旅行者”，能够在不加锁的情况下实现事务的并发执行。

5.1 MVCC的原理

• 版本链：每个数据行都有一个版本链，记录着该行的历史版本。
• 快照读：事务在执行读操作时，会读取该事务开始时的数据快照，而不是当前的数据。

回到MVCC，MVCC的底层实现是有三部分组成的：隐藏字段、Undolog、ReadView。其实就是利用了undolog实现多个版本，然后结合ReadView进行比较。

① 隐藏字段

DB_TRX_ID: 创建这条记录或者最后一次修改改记录的事务的ID值

DB_ROLL_PTR: 回滚指针，指的是上一个数据的版本

DB_ROW_ID: 隐藏主键，如果数据表没有设置主键的话，会生成一个6字节的ROW_ID作为隐藏主键

② Undolog

Undolog会变成一个链表，链首是最新的旧记录，链尾是最旧的旧记录，链表中的内容不可能无限增加，所以在MySQL后台服务中有一个线程叫purge来进行清理操作。

③ ReadView（读视图是在事务进行快照读的时候产生的读视图，保存的并不是数据的信息，而是事务的相关信息）

• m_low_limit_id：目前出现过的最大的事务 ID+1，即下一个将被分配的事务 ID。
• m_up_limit_id：活跃事务列表 m_ids 中最小的事务 ID。
• m_ids：Read View 创建时其他未提交的活跃事务 ID 列表。
• m_creator_trx_id：创建该 Read View 的事务 ID

1. 如果被访问的记录版本号 DB_TRX_ID 等于 Readview 中的 creator_trx_id, 表明当前事务访问的是自己修改的记录，可以被访问；
2. 如果被访问的记录版本号 DB_TRX_ID 小于 Readview 中的 min_trx_id, 表明该版本的数据在当前事务生成Readview 之前已经提交，可以被访问；
3. 如果被访问的记录版本号 DB_TRX_ID 大于或等于 Readview 中的 max_trx_id, 表明生成该版本数据的事务在当前事务生成Readview后才开启，不可以被访问，需要沿着回滚指针寻找该记录的历史版本继续判断；
4. 如果被访问的记录版本号 DB_TRX_ID 介于 min_trx_id 和 max_trx_id之间， 需要进一步判断 DB_TRX_ID 是不是在活跃事务列表 m_ids 中：如果在：说明创建 Readview 时生成该版本的事务尚未提交，该版本数据不可以被访问，需要沿着回滚指针寻找该记录的历史版本继续判断；如果不在：说明创建 Readview 时生成该版本的事务已经被提交，可以被访问，直接返回。

READ-UNCOMMITTED(读取未提交) ：读未提交无需锁无需 MVCC，因为修改数据直接改源数据，会出现脏读。

READ-COMMITTED(读取已提交) ：每次查询都会创建 Readview 读取数据

REPEATABLE-READ(可重复读) ：同样的查询只会第一次创建 Readview 读取数据

SERIALIZABLE(可串行化) ：表锁

5.2 代码示例

-- 事务1
START TRANSACTION;
SELECT * FROM my_table WHERE id = 1;
-- 执行读操作
COMMIT;

-- 事务2
START TRANSACTION;
UPDATE my_table SET value = 'new_value' WHERE id = 1;
-- 执行写操作
COMMIT;

5.3 思考题

• MVCC是如何实现高并发的？在什么情况下会出现MVCC的冲突？

实现高并发的原理：

• 版本链：MVCC通过为每行数据维护一个版本链，记录数据的历史版本。每个事务在读取数据时，会根据自己的事务ID选择合适的数据版本。
• 快照读：事务在执行读操作时，读取的是事务开始时的数据快照，而不是当前的数据。这样，读操作不会阻塞写操作，写操作也不会阻塞读操作。

MVCC冲突的场景：

• 写-写冲突：两个事务同时尝试更新同一行数据，后提交的事务会失败。
• 读-写冲突：如果一个事务在读取数据的同时，另一个事务更新了该数据，可能会导致读取到的数据不一致（取决于隔离级别）。

6. 锁机制的综合应用

在实际应用中，锁机制往往是多种锁的组合使用。例如，在一个事务中，可能会同时使用行锁和间隙锁来确保数据的一致性和并发性。

6.1 综合示例

-- 事务1
START TRANSACTION;
SELECT * FROM my_table WHERE id BETWEEN 1 AND 10 FOR UPDATE;
-- 执行写操作
COMMIT;

-- 事务2
START TRANSACTION;
SELECT * FROM my_table WHERE id = 5 LOCK IN SHARE MODE;
-- 执行读操作
COMMIT;

6.2 思考题

• 在实际应用中，如何选择合适的锁机制来平衡性能和数据一致性？

7. 锁机制与其他知识的联想

锁机制不仅仅是数据库中的概念，它在操作系统、并发编程等领域也有广泛的应用。例如，操作系统中的互斥锁、信号量等概念与数据库中的锁机制有着异曲同工之妙。

7.1 操作系统中的锁

• 互斥锁：用于保护临界区，确保同一时间只有一个线程可以访问临界区。
• 信号量：用于控制多个线程对共享资源的访问。

7.2 并发编程中的锁

• ReentrantLock：Java中的可重入锁，类似于数据库中的行锁。
• ReadWriteLock：Java中的读写锁，类似于数据库中的共享锁和排他锁。

7.3 思考题

• 数据库中的锁机制与操作系统、并发编程中的锁机制有哪些异同点？在实际开发中，如何借鉴这些锁机制的设计思想？

结语

MySQL的锁机制就像是一场精彩的“锁”事大戏，每个锁都有自己独特的角色和职责。通过深入了解这些锁机制，我们不仅能够更好地理解数据库的工作原理，还能够在实际应用中做出更明智的选择。希望这篇文章能够为你带来知识增量，并激发你对数据库锁机制的进一步思考。