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一纸荒年 发布于2019年10月17日 16:44 最近更新于 2019年10月17日 16:48

转载 大牛总结的MySQL锁优化,写得太好了!

106 次浏览 读完需要≈ 24 分钟 MySQL

内容目录

随着 IT 技术的飞速发展,各种技术层出不穷,让人眼花缭乱。尽管技术在不断更新换代,但是有些技术依旧被一代代 IT 人使用至今。

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MySQL就是其中之一,它经历了多个版本迭代。数据库锁是MySQL数据引擎的一部分,今天我们就一起来学习MySQL的数据库锁和它的优化。

MySQL 锁分类

当多个事务或者进程访问同一个资源的时候,为了保证数据的一致性,就需要用到锁机制。

从锁定资源的角度来看,MySQL中的锁分为:

  • 表级锁
  • 行级锁
  • 页面锁

表级锁:对整张表加锁。开销小,加锁快;不会出现死锁;锁定粒度大,发生锁冲突的概率最高,并发度最低。

行级锁:对某行记录加锁。开销大,加锁慢;会出现死锁;锁定粒度最小,发生锁冲突的概率最低,并发度也最高。

页面锁:开销和加锁时间界于表锁和行锁之间;会出现死锁;锁定粒度界于表锁和行锁之间,并发度一般。

在实际开发过程中,主要会使用到表级锁和行级锁两种。既然锁是针对资源的,那么这些资源就是数据,在 MySQL 提供插件式存储引擎对数据进行存储。

插件式存储引擎的好处是,开发人员可以根据需要选择适合的存储引擎。

在众多的存储引擎中,有两种引擎被比较多的使用,他们分别是:

  • MyISAM 存储引擎,它不支持事务、表锁设计,支持全文索引,主要面向一些在线分析处理(OLAP)数据库应用。说白了主要就是查询数据,对数据的插入,更新操作比较少。
  • InnoDB 存储引擎,它支持事务,其设计目标主要面向在线事务处理(OLTP)的应用。

    其特点是行锁设计、支持外键,并支持类似于Oracle的非锁定读,即默认读取操作不会产生锁。

    简单来说,就是对数据的插入,更新操作比较多。从MySQL数据库 5.5.8 版本开始,InnoDB存储引擎是默认的存储引擎。

上面两种存储引擎在处理多进程数据操作的时候是如何表现的,就是我们接下来要讨论的问题。

为了让整个描述更加清晰,我们将表级锁和行级锁以及MyISAMInnoDB存储引擎,就形成了一个 2*2 的象限。

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由于MyISAM存储引擎不支持行级锁,实际上后面讨论的问题会围绕三个象限的讨论展开。

从内容上来看,InnoDB作为使用最多的存储引擎遇到的问题和值得注意的地方较多,也是本文的重点。

MyISAM 存储引擎和表级锁

首先,来看第一象限的内容:

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MyISAM存储引擎支持表级锁,并且支持两种锁模式:

  • 对 MyISAM 表的读操作(共享锁),不会阻塞其他进程对同一表的读请求,但会阻塞对其的写请求。当读锁释放后,才会执行其他进程的写操作。
  • 对 MyISAM 表的写操作(排他锁),会阻塞其他进程对同一表的读写操作,当该锁释放后,才会执行其他进程的读写操作。

MyISAM 优化建议

在使用MyISAM存储引擎时。执行 SQL 语句,会自动为SELECT语句加上共享锁,为 UDI(更新,删除,插入)操作加上排他锁。

由于这个特性在多进程并发插入同一张表的时候,就会因为排他锁而进行等待。

因此可以通过配置concurrent_insert系统变量,来控制其并发的插入行为。

  • concurrent_insert=0 时,不允许并发插入。
  • concurrent_insert=1 时,如果MyISAM表中没有空洞(即表中没有被删除的行),允许一个进程读表时,另一个进程向表的尾部插入记录(MySQL默认设置)。

注:空洞是行记录被删除以后,只是被标记为“已删除”其存储空间没有被回收,也就是说没有被物理删除。由另外一个进程,异步对这个 数据进行删除。

因为空间长度问题,删除以后的物理空间不能被新的记录所使用,从而形成了空洞。

  • concurrent_insert=2 时,无论MyISAM表中有没有空洞,都允许在表尾并发插入记录。

如果在数据插入的时候,没有并发删除操作的话,可以尝试把concurrent_insert设置为 1。

反之,在数据插入的时候有删除操作且量较大时,也就是会产生“空洞”的时候,就需要把concurrent_insert设置为 2。

另外,当一个进程请求某个MyISAM表的读锁,另一个进程也请求同一表的写锁。

即使读请求先到达,写请求后到达,写请求也会插到读请求之前。因为MySQL的默认设置认为,写请求比读请求重要。

我们可以通过 lowpriorityupdates 来调节读写行为的优先级:

  • 数据库以读为主时,要优先保证查询性能时,可通过 lowpriorityupdates=1 设置读优先级高于写优先级。
  • 数据库以写为主时,则不用设置 lowpriorityupdates 参数。

InnoDB 存储引擎和表级锁

再来看看第二象限的内容:

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InnoDB存储引擎表锁。当没有对数据表中的索引数据进行查询时,会执行表锁操作。

上面是InnoDB实现行锁,同时它也可以实现表锁。其方式就是意向锁(Intention Locks)。

这里介绍两种意向锁:

  • 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。
  • 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。

注:意向共享锁和意向排他锁是数据库主动加的,不需要我们手动处理。对于UPDATEDELETEINSERT语句,InnoDB会自动给数据集加排他锁。

InnoDB表锁的实现方式:假设有一个表 test2,有两个字段分别是idname

没有设置主键同时也没有设置任何索引(index)如下:

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InnoDB 存储引擎和行级锁

第四象限我们使用的比较多,讨论的内容也相对多些:

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InnoDB存储引擎行锁,当数据查询时针对索引数据进行时,会使用行级锁。

共享锁(S):当一个事务读取一条记录的时候,不会阻塞其他事务对同一记录的读请求,但会阻塞对其的写请求。当读锁释放后,才会执行其他事务的写操作。

例如:select … lock in share mode

排他锁(X):当一个事务对一条记录进行写操作时,会阻塞其他事务对同一表的读写操作,当该锁释放后,才会执行其他事务的读写操作。

例如:select … for update

行锁的实现方式:假设有一个表 test1,有两个字段分别是idname

id 作为主键同时也是 table 的索引(index)如下:

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在高并发的情况下,多个事务同时请求更新数据,由于资源被占用等待事务增多。

如此,会造成性能问题,可以通过 innodblockwaittimeout 来解决。innodblockwaittimeout 是事务等待获取资源的最长时间,单位为秒。如果超过时间还未分配到资源,则会返回应用失败。

四种锁的兼容情况:

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共享锁,排他锁,意向共享锁,意向排他锁兼容图例

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。

间隙锁

前面谈到行锁是针对一条记录进行加锁。当对一个范围内的记录加锁的时候,我们称之为间隙锁。

当使用范围条件索引数据时,InnoDB会对符合条件的数据索引项加锁。对于键值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,这就是间隙锁。间隙锁和行锁合称(Next-Key锁)。

如果表中只有 11 条记录,其 id 的值分别是 1,2,...,10,11 下面的 SQL:

Select * from table_gapwhere id > 10 for update;

这是一个范围条件的检索,InnoDB不仅会对符合条件的id值为 10 的记录加锁,会对id大于 10 的“间隙”加锁,即使大于 10 的记录不存在,例如 12,13。

InnoDB使用间隙锁的目的:

  • 一方面是为了防止幻读。对于上例,如果不使用间隙锁,其他事务插入了id大于 10 的任何记录,本事务再次执行select语句,就会发生幻读。
  • 另一方面,也是为了满足恢复和复制的需要。

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死锁

两个事务都需要获得对方持有的排他锁才能继续完成任务,这种互相等待对方释放资源的情况就是死锁。

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检测死锁:InnoDB存储引擎能检测到死锁的循环依赖并立即返回一个错误。

死锁恢复:死锁发生以后,只有部分或完全回滚其中一个事务,才能打破死锁。

InnoDB方法是,将持有最少行级排他锁的事务回滚。在应用程序设计时必须考虑处理死锁,多数情况下重新执行因死锁回滚的事务即可。

避免死锁:

  • 在事务开始时,如果有记录要修改,先使用 SELECT... FOR UPDATE 语句获取锁,即使这些修改语句是在后面执行。
  • 在事务中,如果要更新记录,直接申请排他锁。而不是查询时申请共享锁、更新时再申请排他锁。

    这样做会导致,当申请排他锁时,其他事务可能已经获得了相同记录的共享锁,从而造成锁冲突,甚至死锁。

    简单来说,如果你要更新记录要做两步操作,第一步查询,第二步更新。就不要第一步上共享锁,第二部上排他锁了,直接在第一步就上排他锁,抢占先机。

  • 如果事务需要锁定多个表,那么尽量按照相同的顺序使用加锁语句,可以降低产生死锁的机会。
  • 通过 SELECT ... LOCK INSHARE MODE(共享锁)获取行的读锁后,如果当前事务再需要对该记录进行更新操作,则很有可能造成死锁。所以,如果要对行记录进行修改,直接上排他锁。
  • 改变事务隔离级别(事务隔离级别在后面详细说明)。

MySQL 锁定情况的查询

在实际开发中无法避免数据被锁的问题,那么我们可以通过哪些手段来查询锁呢?

表级锁可以通过两个变量的查询:

  • Tablelocksimmediate,产生表级锁的次数。
  • Tablelockswaited,数显表级锁而等待的次数。

行级锁可以通过下面几个变量查询:

  • Innodbrowlockcurrentwaits,当前正在等待锁定的数量。
  • Innodbrowlock_time(重要),从系统启动到现在锁定总时长。
  • Innodbrowlocktimeavg(重要),每次等待所花平均时间。
  • Innodbrowlocktimemax,从系统启动到现在等待最长的一次花费时间。
  • Innodbrowlock_waits(重要),从系统启动到现在总共等待的次数。

MySQL 事务隔离级别

前面讲的死锁是因为并发访问数据库造成。当多个事务同时访问数据库,做并发操作的时候会发生以下问题。

脏读(dirty read),一个事务在处理过程中,读取了另外一个事务未提交的数据。未提交的数据称之为脏数据。

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不可重复读(non-repeatable read),在事务范围内,多次查询某条记录,每次得到不同的结果。

第一个事务中的两次读取数据之间,由于第二个事务的修改,第一个事务两次读到的数据可能不一样。

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幻读(phantom read),是事务非独立执行时发生的一种现象。

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在同一时间点,数据库允许多个并发事务,同时对数据进行读写操作,会造成数据不一致性。

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隔离性就是用来防止这种数据不一致的。事务隔离根据级别不同,从低到高包括:

  • 读未提交(read uncommitted):它是最低的事务隔离级别,一个事务还没提交时,它做的变更就能被别的事务看到。有脏读的可能性。
  • 读提交(read committed):保证一个事物提交后才能被另外一个事务读取。另外一个事务不能读取该事物未提交的数据。可避免脏读的发生,但是可能会造成不可重复读。
  • 可重复读(repeatable read MySQL 默认方式):多次读取同一范围的数据会返回第一次查询的快照,即使其他事务对该数据做了更新修改。事务在执行期间看到的数据前后必须是一致的。
  • 串行化(serializable):是最可靠的事务隔离级别。“写”会加“排他锁”,“读”会加“共享锁”。

    当出现读写锁冲突的时候,后访问的事务必须等前一个事务执行完成,所以事务执行是串行的。可避免脏读、不可重复读、幻读。

InnoDB 优化建议

从锁机制的实现方面来说,InnoDB的行级锁带来的性能损耗可能比表级锁要高一点,但在并发方面的处理能力远远优于MyISAM的表级锁。这也是大多数公司的MySQL都是使用InnoDB模式的原因。

但是,InnoDB也有脆弱的一面,下面提出几个优化建议供大家参考:

  • 尽可能让数据检索通过索引完成,避免InnoDB因为无法通过索引加行锁,而导致升级为表锁的情况。换句话说就是,多用行锁,少用表锁。
  • 加索引的时候尽量准确,避免造成不必要的锁定影响其他查询。
  • 尽量减少给予范围的数据检索(间隙锁),避免因为间隙锁带来的影响,锁定了不该锁定的记录。
  • 尽量控制事务的大小,减少锁定的资源量和锁定时间。
  • 尽量使用较低级别的事务隔离,减少MySQL因为事务隔离带来的成本。

总结

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MySQL的锁主要分为表级锁和行级锁。MyISAM引擎使用的是表级锁,针对表级的共享锁和排他锁,可以通过concurrent insertlow priority_updates参数来优化。

InnoDB支持表锁和行锁,根据索引来判断如何选择。行锁有,行共享锁和行排他锁;表锁有,意向共享锁,意向排他锁,表锁是系统自己加上的;锁范围的是间隙锁。遇到死锁,我们如何检测,恢复以及如何避免。

MySQL有四个事务级别分别是,读未提交,读提交,可重复读,串行化。他们的隔离级别依次升高。

通过隔离级别的设置,可以避免,脏读,不可重复读和幻读的情况。最后,对于使用比较多的InnoDB引擎,提出了一些优化建议。

(文章转载于微信公众号: 51CTO技术栈, 作者:崔皓 ,原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/3b3y9l6vdhU4gxqMbyS3ww

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