【愚公系列】2023年05月 Java教学课程 109-MySQL数据库（锁）

一、MySQL锁

1.锁的概念

• 多线程锁的作用是保证多个线程在访问共享资源时的互斥性，即同一时刻只有一个线程可以访问共享资源，其他线程需要等待。这样可以避免多个线程同时访问共享资源导致数据不一致或者其他异常情况的发生。常见的多线程锁包括互斥锁、读写锁、条件变量等。

• 数据库中的锁是一种控制并发访问数据库的机制。在多个用户同时访问数据库时，为了避免数据的不一致和冲突，需要对共享的数据库资源进行锁定，使得同一时刻只有一个用户能够对其进行修改或读取操作。常见的数据库锁包括共享锁、排他锁、行级锁、表级锁等。这些锁的使用方式和效果不同，可以根据实际情况进行选择和配置。在实际应用中，使用好锁机制可以提高数据库的并发性和数据的安全性。在我们学习事务的时候，讲解过事务的隔离性，可能会出现脏读、不可重复读、幻读的问题，当时我们的解决方式是通过修改事务的隔离级别来控制，但是数据库的隔离级别呢我们并不推荐修改。所以，锁的作用也可以解决掉之前的问题！

• 锁机制 : 数据库锁机制是用于控制并发访问数据库时保证数据一致性的一种技术。当多个用户同时访问同一数据时，可能会出现数据不一致的情况，例如一个用户正在修改某行数据时，另一个用户也在修改同一行数据，这时就需要使用锁机制来保证数据的正确性。

• 举例，在电商网站购买商品时，商品表中只存有1个商品，而此时又有两个人同时购买，那么谁能买到就是一个关键的问题。

这里会用到事务进行一系列的操作：

%2. 先从商品表中取出物品的数据

%2. 然后插入订单

%2. 付款后，再插入付款表信息

%2. 更新商品表中商品的数量

以上过程中，使用锁可以对商品数量数据信息进行保护，实现隔离，即只允许第一位用户完成整套购买流程，而其他用户只能等待，这样就解决了并发中的矛盾问题。

• 在数据库中，数据是一种供许多用户共享访问的资源，如何保证数据并发访问的一致性、有效性，是所有数据库必须解决的一个问题，MySQL由于自身架构的特点，在不同的存储引擎中，都设计了面对特定场景的锁定机制，所以引擎的差别，导致锁机制也是有很大差别的。

2.锁的分类

• 按操作分类：

– 共享锁：也叫读锁。针对同一份数据，多个事务读取操作可以同时加锁而不互相影响 ，但是不能修改数据记录。

– 排他锁：也叫写锁。当前的操作没有完成前,会阻断其他操作的读取和写入

• 按粒度分类：

– 表级锁：操作时，会锁定整个表。开销小，加锁快；不会出现死锁；锁定力度大，发生锁冲突概率高，并发度最低。偏向于MyISAM存储引擎！

– 行级锁：操作时，会锁定当前操作行。开销大，加锁慢；会出现死锁；锁定粒度小，发生锁冲突的概率低，并发度高。偏向于InnoDB存储引擎！

– 页级锁：锁的粒度、发生冲突的概率和加锁的开销介于表锁和行锁之间，会出现死锁，并发性能一般。

• 按使用方式分类：

– 悲观锁：每次查询数据时都认为别人会修改，很悲观，所以查询时加锁。

– 乐观锁：每次查询数据时都认为别人不会修改，很乐观，但是更新时会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据

• 不同存储引擎支持的锁

3.演示InnoDB锁

• 数据准备

-- 创建db13数据库
CREATE DATABASE db13;

-- 使用db13数据库
USE db13;

-- 创建student表
CREATE TABLE student(
id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
NAME VARCHAR(10),
age INT,
score INT
);
-- 添加数据
INSERT INTO student VALUES (NULL,'张三',23,99),(NULL,'李四',24,95),
(NULL,'王五',25,98),(NULL,'赵六',26,97);

• 共享锁

-- 标准语法
SELECT语句 LOCK IN SHARE MODE;

-- 窗口1
/*
共享锁：数据可以被多个事务查询，但是不能修改
*/
-- 开启事务
START TRANSACTION;

-- 查询id为1的数据记录。加入共享锁
SELECT * FROM student WHERE id=1 LOCK IN SHARE MODE;

-- 查询分数为99分的数据记录。加入共享锁
SELECT * FROM student WHERE score=99 LOCK IN SHARE MODE;

-- 提交事务
COMMIT;

-- 窗口2
-- 开启事务
START TRANSACTION;

-- 查询id为1的数据记录(普通查询，可以查询)
SELECT * FROM student WHERE id=1;

-- 查询id为1的数据记录，并加入共享锁(可以查询。共享锁和共享锁兼容)
SELECT * FROM student WHERE id=1 LOCK IN SHARE MODE;

-- 修改id为1的姓名为张三三(不能修改，会出现锁的情况。只有窗口1提交事务后，才能修改成功)
UPDATE student SET NAME='张三三' WHERE id = 1;

-- 修改id为2的姓名为李四四(修改成功，InnoDB引擎默认是行锁)
UPDATE student SET NAME='李四四' WHERE id = 2;

-- 修改id为3的姓名为王五五(注意：InnoDB引擎如果不采用带索引的列。则会提升为表锁)
UPDATE student SET NAME='王五五' WHERE id = 3;

-- 提交事务
COMMIT;

• 排他锁

-- 标准语法
SELECT语句 FOR UPDATE;

-- 窗口1
/*
排他锁：加锁的数据，不能被其他事务加锁查询或修改
*/
-- 开启事务
START TRANSACTION;

-- 查询id为1的数据记录，并加入排他锁
SELECT * FROM student WHERE id=1 FOR UPDATE;

-- 提交事务
COMMIT;

-- 窗口2
-- 开启事务
START TRANSACTION;

-- 查询id为1的数据记录(普通查询没问题)
SELECT * FROM student WHERE id=1;

-- 查询id为1的数据记录，并加入共享锁(不能查询。因为排他锁不能和其他锁共存)
SELECT * FROM student WHERE id=1 LOCK IN SHARE MODE;

-- 查询id为1的数据记录，并加入排他锁(不能查询。因为排他锁不能和其他锁共存)
SELECT * FROM student WHERE id=1 FOR UPDATE;

-- 修改id为1的姓名为张三(不能修改，会出现锁的情况。只有窗口1提交事务后，才能修改成功)
UPDATE student SET NAME='张三' WHERE id=1;

-- 提交事务
COMMIT;

• 注意：锁的兼容性

– 共享锁和共享锁 兼容

– 共享锁和排他锁 冲突

– 排他锁和排他锁 冲突

– 排他锁和共享锁 冲突

4.演示MyISAM锁

• 数据准备

-- 创建product表
CREATE TABLE product(
id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
NAME VARCHAR(20),
price INT
)ENGINE = MYISAM; -- 指定存储引擎为MyISAM

-- 添加数据
INSERT INTO product VALUES (NULL,'华为手机',4999),(NULL,'小米手机',2999),
(NULL,'苹果',8999),(NULL,'中兴',1999);

• 读锁

-- 标准语法
-- 加锁
LOCK TABLE 表名 READ;

-- 解锁(将当前会话所有的表进行解锁)
UNLOCK TABLES;

-- 窗口1
/*
读锁：所有连接只能读取数据，不能修改
*/
-- 为product表加入读锁
LOCK TABLE product READ;

-- 查询product表(查询成功)
SELECT * FROM product;

-- 修改华为手机的价格为5999(修改失败)
UPDATE product SET price=5999 WHERE id=1;

-- 解锁
UNLOCK TABLES;

-- 窗口2
-- 查询product表(查询成功)
SELECT * FROM product;

-- 修改华为手机的价格为5999(不能修改，窗口1解锁后才能修改成功)
UPDATE product SET price=5999 WHERE id=1;

• 写锁

-- 标准语法
-- 加锁
LOCK TABLE 表名 WRITE;

-- 解锁(将当前会话所有的表进行解锁)
UNLOCK TABLES;

-- 窗口1
/*
写锁：其他连接不能查询和修改数据
*/
-- 为product表添加写锁
LOCK TABLE product WRITE;

-- 查询product表(查询成功)
SELECT * FROM product;

-- 修改小米手机的金额为3999(修改成功)
UPDATE product SET price=3999 WHERE id=2;

-- 解锁
UNLOCK TABLES;

-- 窗口2
-- 查询product表(不能查询。只有窗口1解锁后才能查询成功)
SELECT * FROM product;

-- 修改小米手机的金额为2999(不能修改。只有窗口1解锁后才能修改成功)
UPDATE product SET price=2999 WHERE id=2;

5.演示悲观锁和乐观锁

• 悲观锁的概念

– 就是很悲观，它对于数据被外界修改的操作持保守态度，认为数据随时会修改。

– 整个数据处理中需要将数据加锁。悲观锁一般都是依靠关系型数据库提供的锁机制。

– 我们之前所学的行锁，表锁不论是读写锁都是悲观锁。

• 乐观锁的概念

– 就是很乐观，每次自己操作数据的时候认为没有人会来修改它，所以不去加锁。

– 但是在更新的时候会去判断在此期间数据有没有被修改。

– 需要用户自己去实现，不会发生并发抢占资源，只有在提交操作的时候检查是否违反数据完整性。

• 悲观锁和乐观锁使用前提

– 对于读的操作远多于写的操作的时候，这时候一个更新操作加锁会阻塞所有的读取操作，降低了吞吐量。最后还要释放锁，锁是需要一些开销的，这时候可以选择乐观锁。

– 如果是读写比例差距不是非常大或者系统没有响应不及时，吞吐量瓶颈的问题，那就不要去使用乐观锁，它增加了复杂度，也带来了业务额外的风险。这时候可以选择悲观锁。

• 乐观锁的实现方式

– 版本号

• 给数据表中添加一个version列，每次更新后都将这个列的值加1。

• 读取数据时，将版本号读取出来，在执行更新的时候，比较版本号。

• 如果相同则执行更新，如果不相同，说明此条数据已经发生了变化。

• 用户自行根据这个通知来决定怎么处理，比如重新开始一遍，或者放弃本次更新。

-- 创建city表
CREATE TABLE city(
id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, -- 城市id
NAME VARCHAR(20), -- 城市名称
VERSION INT -- 版本号
);

-- 添加数据
INSERT INTO city VALUES (NULL,'北京',1),(NULL,'上海',1),(NULL,'广州',1),(NULL,'深圳',1);

-- 修改北京为北京市
-- 1.查询北京的version
SELECT VERSION FROM city WHERE NAME='北京';
-- 2.修改北京为北京市，版本号+1。并对比版本号
UPDATE city SET NAME='北京市',VERSION=VERSION+1 WHERE NAME='北京' AND VERSION=1;

– 时间戳

• 和版本号方式基本一样，给数据表中添加一个列，名称无所谓，数据类型需要是timestamp

• 每次更新后都将最新时间插入到此列。

• 读取数据时，将时间读取出来，在执行更新的时候，比较时间。

• 如果相同则执行更新，如果不相同，说明此条数据已经发生了变化。

二、总结

• 表锁和行锁

– 行锁：锁的粒度更细，加行锁的性能损耗较大。并发处理能力较高。InnoDB引擎默认支持！

– 表锁：锁的粒度较粗，加表锁的性能损耗较小。并发处理能力较低。InnoDB、MyISAM引擎支持！

• InnoDB锁优化建议

– 尽量通过带索引的列来完成数据查询，从而避免InnoDB无法加行锁而升级为表锁。

– 合理设计索引，索引要尽可能准确，尽可能的缩小锁定范围，避免造成不必要的锁定。

– 尽可能减少基于范围的数据检索过滤条件。

– 尽量控制事务的大小，减少锁定的资源量和锁定时间长度。

– 在同一个事务中，尽可能做到一次锁定所需要的所有资源，减少死锁产生概率。

– 对于非常容易产生死锁的业务部分，可以尝试使用升级锁定颗粒度，通过表级锁定来减少死锁的产生。