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innodb的锁和事务详解

InnoDB与MyISAM的最大不同有两点：

一是支持事务（TRANSACTION）；二是采用了行级锁。

行级锁与表级锁本来就有许多不同之处，另外，事务的引入也带来了一些新问题。

下面我们先介绍一点背景知识，然后详细讨论InnoDB的锁问题。

背景知识

1．事务（Transaction）及其ACID属性

事务是由一组SQL语句组成的逻辑处理单元，事务具有以下4个属性，通常简称为事务的ACID属性。

l        原子性（Atomicity）：

事务是一个原子操作单元，其对数据的修改，要么全都执行，要么全都不执行。

l        一致性（Consistent）：

在事务开始和完成时，数据都必须保持一致状态。

这意味着所有相关的数据规则都必须应用于事务的修改，以保持数据的完整性；事务结束时，所有的内部数据结构（如B树索引或双向链表）也都必须是正确的。

l        隔离性（Isolation）：

数据库系统提供一定的隔离机制，保证事务在不受外部并发操作影响的“独立”环境执行。

这意味着事务处理过程中的中间状态对外部是不可见的，反之亦然。

l        持久性（Durable）：

事务完成之后，它对于数据的修改是永久性的，即使出现系统故障也能够保持。

银行转帐就是事务的一个典型例子。

2．并发事务处理带来的问题

相对于串行处理来说，并发事务处理能大大增加数据库资源的利用率，提高数据库系统的事务吞吐量，从而可以支持更多的用户。

但并发事务处理也会带来一些问题，主要包括以下几种情况。

l 更新丢失（LostUpdate）：

当两个或多个事务选择同一行，然后基于最初选定的值更新该行时，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－－最后的更新覆盖了由其他事务所做的更新。

例如，两个编辑人员制作了同一文档的电子副本。

每个编辑人员独立地更改其副本，然后保存更改后的副本，这样就覆盖了原始文档。

最后保存其更改副本的编辑人员覆盖另一个编辑人员所做的更改。

如果在一个编辑人员完成并提交事务之前，另一个编辑人员不能访问同一文件，则可避免此问题。

l 脏读（DirtyReads）：

一个事务正在对一条记录做修改，在这个事务完成并提交前，这条记录的数据就处于不一致状态；这时，另一个事务也来读取同一条记录，如果不加控制，第二个事务读取了这些“脏”数据，并据此做进一步的处理，就会产生未提交的数据依赖关系。

这种现象被形象地叫做"脏读"。

l 不可重复读（Non-RepeatableReads）：

一个事务在读取某些数据后的某个时间，再次读取以前读过的数据，却发现其读出的数据已经发生了改变、或某些记录已经被删除了！

这种现象就叫做“不可重复读”。

l 幻读（PhantomReads）：

一个事务按相同的查询条件重新读取以前检索过的数据，却发现其他事务插入了满足其查询条件的新数据，这种现象就称为“幻读”。

3．事务隔离级别

在上面讲到的并发事务处理带来的问题中，“更新丢失”通常是应该完全避免的。

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来解决，因此，防止更新丢失应该是应用的责任。

“脏读”、“不可重复读”和“幻读”，其实都是数据库读一致性问题，必须由数据库提供一定的事务隔离机制来解决。

数据库实现事务隔离的方式，基本上可分为以下两种。

l 一种是在读取数据前，对其加锁，阻止其他事务对数据进行修改。

l 另一种是不用加任何锁，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（Snapshot），并用这个快照来提供一定级别（语句级或事务级）的一致性读取。

从用户的角度来看，好象是数据库可以提供同一数据的多个版本，因此，这种技术叫做数据多版本并发控制（MultiVersionConcurrencyControl，简称MVCC或MCC），也经常称为多版本数据库。

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，这显然与“并发”是矛盾的。

同时，不同的应用对读一致性和事务隔离程度的要求也是不同的，比如许多应用对“不可重复读”和“幻读”并不敏感，可能更关心数据并发访问的能力。

为了解决“隔离”与“并发”的矛盾，ISO/ANSISQL92定义了4个事务隔离级别，每个级别的隔离程度不同，允许出现的副作用也不同，应用可以根据自己的业务逻辑要求，通过选择不同的隔离级别来平衡“隔离”与“并发”的矛盾。

表20-5很好地概括了这4个隔离级别的特性。

表20-5                                            4种隔离级别比较

读数据一致性及允许的并发副作用

隔离级别

读数据一致性

脏读

不可重复读

幻读

未提交读（Readuncommitted）

最低级别，只能保证不读取物理上损坏的数据

是

是

是

已提交度（Readcommitted）

语句级

否

是

是

可重复读（Repeatableread）

事务级

否

否

是

可序列化（Serializable）

最高级别，事务级

否

否

否

最后要说明的是：

各具体数据库并不一定完全实现了上述4个隔离级别，例如，Oracle只提供Readcommitted和Serializable两个标准隔离级别，另外还提供自己定义的Readonly隔离级别；SQLServer除支持上述ISO/ANSISQL92定义的4个隔离级别外，还支持一个叫做“快照”的隔离级别，但严格来说它是一个用MVCC实现的Serializable隔离级别。

MySQL支持全部4个隔离级别，但在具体实现时，有一些特点，比如在一些隔离级别下是采用MVCC一致性读，但某些情况下又不是，这些内容在后面的章节中将会做进一步介绍。

获取InnoDB行锁争用情况     

可以通过检查InnoDB_row_lock状态变量来分析系统上的行锁的争夺情况：

mysql>showstatuslike'innodb_row_lock%';

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

|Variable_name                |Value|

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

|InnoDB_row_lock_current_waits|0    |

|InnoDB_row_lock_time         |0    |

|InnoDB_row_lock_time_avg     |0    |

|InnoDB_row_lock_time_max     |0    |

|InnoDB_row_lock_waits        |0    |

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

5rowsinset（0.01sec）

如果发现锁争用比较严重，如InnoDB_row_lock_waits和InnoDB_row_lock_time_avg的值比较高，还可以通过设置InnoDBMonitors来进一步观察发生锁冲突的表、数据行等，并分析锁争用的原因。

具体方法如下：

mysql>CREATETABLEinnodb_monitor（aINT）ENGINE=INNODB;

QueryOK,0rowsaffected（0.14sec）

然后就可以用下面的语句来进行查看：

mysql>Showinnodbstatus\G;

***************************1.row***************************

 Type:

InnoDB

 Name:

Status:

…

…

------------

TRANSACTIONS

------------

Trxidcounter0117472192

Purgedonefortrx'sn:

o<0117472190undon:

o<00

Historylistlength17

Totalnumberoflockstructsinrowlockhashtable0

LISTOFTRANSACTIONSFOREACHSESSION:

---TRANSACTION0117472185,notstarted,processno11052,OSthreadid1158191456

MySQLthreadid200610,queryid291197localhostroot

---TRANSACTION0117472183,notstarted,processno11052,OSthreadid1158723936

MySQLthreadid199285,queryid291199localhostroot

Showinnodbstatus

…

监视器可以通过发出下列语句来停止查看：

mysql>DROPTABLEinnodb_monitor;

QueryOK,0rowsaffected（0.05sec）

设置监视器后，在SHOWINNODBSTATUS的显示内容中，会有详细的当前锁等待的信息，包括表名、锁类型、锁定记录的情况等，便于进行进一步的分析和问题的确定。

打开监视器以后，默认情况下每15秒会向日志中记录监控的内容，如果长时间打开会导致.err文件变得非常的巨大，所以用户在确认问题原因之后，要记得删除监控表以关闭监视器，或者通过使用“--console”选项来启动服务器以关闭写日志文件。

InnoDB的行锁模式及加锁方法

InnoDB实现了以下两种类型的行锁。

l 共享锁（S）：

允许一个事务去读一行，阻止其他事务获得相同数据集的排他锁。

l 排他锁（X）：

允许获得排他锁的事务更新数据，阻止其他事务取得相同数据集的共享读锁和排他写锁。

另外，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（IntentionLocks），这两种意向锁都是表锁。

l 意向共享锁（IS）：

事务打算给数据行加行共享锁，事务在给一个数据行加共享锁前必须先取得该表的IS锁。

l 意向排他锁（IX）：

事务打算给数据行加行排他锁，事务在给一个数据行加排他锁前必须先取得该表的IX锁。

上述锁模式的兼容情况具体如表20-6所示。

表20-6                                           InnoDB行锁模式兼容性列表

请求锁模式

  是否兼容

当前锁模式

X

IX

S

IS

X

冲突

冲突

冲突

冲突

IX

冲突

兼容

冲突

兼容

S

冲突

冲突

兼容

兼容

IS

冲突

兼容

兼容

兼容

如果一个事务请求的锁模式与当前的锁兼容，InnoDB就将请求的锁授予该事务；反之，如果两者不兼容，该事务就要等待锁释放。

意向锁是InnoDB自动加的，不需用户干预。

对于UPDATE、DELETE和INSERT语句，InnoDB会自动给涉及数据集加排他锁（X）；对于普通SELECT语句，InnoDB不会加任何锁；事务可以通过以下语句显示给记录集加共享锁或排他锁。

?

 共享锁（S）：

SELECT*FROMtable_nameWHERE...LOCKINSHAREMODE。

?

 排他锁（X）：

SELECT*FROMtable_nameWHERE...FORUPDATE。

用SELECT...INSHAREMODE获得共享锁，主要用在需要数据依存关系时来确认某行记录是否存在，并确保没有人对这个记录进行UPDATE或者DELETE操作。

但是如果当前事务也需要对该记录进行更新操作，则很有可能造成死锁，对于锁定行记录后需要进行更新操作的应用，应该使用SELECT...FORUPDATE方式获得排他锁。

在如表20-7所示的例子中，使用了SELECT...INSHAREMODE加锁后再更新记录，看看会出现什么情况，其中actor表的actor_id字段为主键。

表20-7                  InnoDB存储引擎的共享锁例子

session_1

session_2

mysql>setautocommit=0;

QueryOK,0rowsaffected（0.00sec）

mysql>selectactor_id,first_name,last_namefromactorwhereactor_id=178;

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

|actor_id|first_name|last_name|

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

|178     |LISA      |MONROE   |

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

1rowinset（0.00sec）

mysql>setautocommit=0;

QueryOK,0rowsaffected（0.00sec）

mysql>selectactor_id,first_name,last_namefromactorwhereactor_id=178;

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

|actor_id|first_name|last_name|

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

|178     |LISA      |MONROE   |

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

1rowinset（0.00sec）

当前session对actor_id=178的记录加sharemode的共享锁：

mysql>selectactor_id,first_name,last_namefromactorwhereactor_id=178lockinsharemode;

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

|actor_id|first_name|last_name|

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

|178     |LISA      |MONROE   |

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

1rowinset（0.01sec）

其他session仍然可以查询记录，并也可以对该记录加sharemode的共享锁：

mysql>selectactor_id,first_name,last_namefromactorwhereactor_id=178lockinsharemode;

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

|actor_id|first_name|last_name|

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

|178     |LISA      |MONROE   |

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

1rowinset（0.01sec）

当前session对锁定的记录进行更新操作，等待锁：

mysql>updateactorsetlast_name='MONROET'whereactor_id=178;

等待

其他session也对该记录进行更新操作，则会导致死锁退出：

mysql>updateactorsetlast_name='MONROET'whereactor_id=178;

ERROR1213（40001）:

Deadlockfoundwhentryingtogetlock;tryrestartingtransaction

获得锁后，可以成功更新：

mysql>updateactorsetlast_name='MONROET'whereactor_id=178;

QueryOK,1rowaffected（17.67sec）

Rowsmatched:

1 Changed:

1 Warnings:

0

   当使用SELECT...FORUPDATE加锁后再更新记录，出现如表20-8所示的情况。

表20-8                            InnoDB存储引擎的排他锁例子

session_1

session_2

mysql>setautocommit=0;

QueryOK,0rowsaffected（0.00sec）

mysql>selectactor_id,first_name,last_namefromactorwhereactor_id=178;

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

|actor_id|first_name|last_name|

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

|178     |LISA      |MONROE   |

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

1rowinset（0.00sec）

mysql>setautocommit=0;

QueryOK,0rowsaffected（0.00sec）

mysql>selectactor_id,first_name,last_namefromactorwhereactor_id=178;

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

|actor_id|first_name|last_name|

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

|178     |LISA      |MONROE   |

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

1rowinset（0.00sec）

当前session对actor_id=178的记录加forupdate的共享锁：

mysql>selectactor_id,first_name,last_namefromactorwhereactor_id=178forupdate;

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

|actor_id|first_name|last_name|

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

|178     |LISA      |MONROE   |

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

1rowinset（0.00sec）

其他session可以查询该记录，但是不能对该记录加共享锁，会等待获得锁：

mysql>selectactor_id,first_name,last_namefromactorwhereactor_id=178;

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

|actor_id|first_name|last_name|

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

|178     |LISA      |MONROE   |

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

1rowinset（0.00sec）

mysql>selectactor_id,first_name,last_namefromactorwhereactor_id=178forupdate;

等待

当前session可以对锁定的记录进行更新操作，更新后释放锁：

mysql>updateactorsetlast_name='MONROET'whereactor_id=178;

QueryOK,1rowaffected（0.00sec）

Rowsmatched:

1 Changed:

1 Warnings:

0

mysql>commit;

QueryOK,0rowsaffected（0.01sec）

其他session获得锁，得到其他session提交的记录：

mysql>selectactor_id,first_name,last_namefromactorwhereactor_id=178forupdate;

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

|actor_id|first_name|last_name|

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

|178     |LISA      |MONROET |

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

1rowinset（9.59sec）

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>createtabletab_no_index（idint,namevarchar（10））engine=innodb;

QueryOK,0rowsaffected（0.15sec）

mysql>insertintotab_no_indexvalues