Innodb中的锁机制

• 什么是锁
• latch
• lock
• 行级锁与表级锁
• 锁的分类
• 共享锁和排他锁
• 共享锁
• 排他锁
• 意向锁
• 锁的算法实现
• Record Lock
• Gap Lock
• Next-Key Lock
• 加锁规则
• 举例说明
• 场景1：主键索引等值间歇锁
• 场景2：非唯一索引等值锁

什么是锁

Mysql中主要有两种锁分别是lock和latch，本文主要介绍的是lock，也是我们常说的对于事务的锁。

latch

latch 一般称为闩锁(轻量级的锁) ，其应用对象为线程，保护的是内存数据结构。在InnoDB存储引擎中，latch有可以分为mutex(互斥锁)和rwlock(读写锁)其目的用来保证并发线程操作临界资源的正确性，并且没有死锁检测的机制，仅通过加锁顺序保证无死锁发生。

lock

lock的对象是事务，用来锁定的是数据库中的UI想，如表、页、行。并且一般lock对象仅在事务commit或rollback后进行释放(不同事务隔离级别释放的时间可能不同)，此外lock正如大多数数据库中一样，是有死锁机制的。

行级锁与表级锁

在 InnoDB 中是支持多粒度的锁共存的，比如表锁和行锁。与Oracle不同，mysql的行锁是通过索引加载的，即是行锁是加在索引响应的行上的，要是对应的SQL语句没有走索引，则会全表扫描，

行锁则无法实现，取而代之的是表锁。

表锁：不会出现死锁，发生锁冲突几率高，并发低。
行锁：会出现死锁，发生锁冲突几率低，并发高。

锁的分类

共享锁和排他锁

共享锁和排他锁（Shared and Exclusive Locks）是标准的实现行级别的锁。举例来说，当给 select 语句应用 lock in share mode 或者 for update，或者更新某条记录时，加的都是行级别的锁。

与行级别的共享锁和排他锁类似的，还有表级别的共享锁和排他锁。如 LOCK TABLES ... WRITE/READ 等命令，实现的就是表级锁。我们可以看到，共享锁和排他锁的粒度并不一定必须是行级别，也可以为表级别。

共享锁

共享锁也叫S锁/读锁， 作用是锁住当前事务select的数据行，其他事务可以读这些数据行，但不能写。

使用：在查询语句后面显式增加 LOCK IN SHARE MODE

SELECT ... LOCK IN SHARE MODE;

排他锁

排他锁也叫X锁/写锁，作用是锁住事务中使用了排他锁的数据行，其他事务对这些数据行,既不能读也不能写。

使用：
1、MySql 的 InnoDB 引擎会为insert、update、delete操作中涉及的数据自动加排他锁（根据where条件语句）
2、对于一般的select语句，InnoDB不会加任何锁，可加FOR UPDATE，显式地加排他锁

SELECT ... FOR UPDATE;

ps.加过排他锁的数据行在其他事务中不能修改数据，也不能通过for update和lock in share mode的方式查询数据；但可以直接通过普通select …from…查询数据(但查到的只是已提交过的数据)，因为普通查询没有任何锁机制。

意向锁

意向锁是表级锁，也可以分为意向共享锁 intention shared lock (IS) 和意向排他锁 intention exclusive lock (IX) . 但有趣的是，IS 和 IX 之间并不互斥，也就是说可以同时给不同的事务加上 IS 和 IX.

意向锁的目的就是表明有事务正在或者将要锁住某个表中的行。想象这样一个场景，我们使用 select * from t where id=0 for update; 将 id=0 这行加上了写锁。假设同时，一个新的事务想要发起 LOCK TABLES ... WRITE 锁表的操作，这时如果没有意向锁的话，就需要去一行行检测是否所在表中的某行是否存在写锁，从而引发冲突，效率太低。相反有意向锁的话，在发起 lock in share mode 或者 for update 前就会自动加上意向锁，这样检测起来就方便多了。

在实际中，手动锁表的情况并不常见，所以意向锁并不常用。特别是之后 MySQL 引入了 MDL 锁，解决了 DML 和 DDL 冲突的问题，意向锁就更不被提起来了。

锁的算法实现

Record Lock

record lock ，就是常说的行锁。InnoDB 中，表都以索引的形式存在，每一个索引对应一颗 B+ 树，这里的行锁锁的就是 B+ 中的索引记录。之前提到的共享锁和排他锁，就是将锁加在这里。

Gap Lock

Gap Locks, 间隙锁锁住的是索引记录间的空隙，是为了解决幻读问题被引入的。有一点需要注意，间隙锁和间隙锁本身之间并不冲突，仅仅和插入这个操作发生冲突。

Next-Key Lock

Next-key lock 是行锁（Record）和间隙锁的并集。在 RR 级别下，InnoDB 使用 next-key 锁进行树搜索和索引扫描。记住这句话，加锁的基本单位是 next-key lock.

加锁规则

规则包括：两个“原则”、两个“优化”和一个“bug”。

原则1：加锁的基本单位是 next-key lock。next-key lock 是前开后闭区间。
原则2：查找过程中访问到的对象才会加锁。
优化1：索引上的等值查询，给唯一索引加锁的时候，next-key lock 退化为行锁。
优化2：索引上的等值查询，向右遍历时且最后一个值不满足等值条件的时候，next-key lock 退化为间隙锁。
一个 bug：唯一索引上的范围查询会访问到不满足条件的第一个值为止。

对优化 2 的说明：

从等值查询的值开始，向右遍历到第一个不满足等值条件记录结束，然后将不满足条件记录的 next-key 退化为间隙锁。

等值查询和遍历有什么关系？

在分析加锁行为时，一定要从索引的数据结构开始。通过树搜索的方式定位索引记录时，用的是"等值查询"，而遍历对应的是在记录上向前或向后扫描的过程。

举例说明

CREATE TABLE `t` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `c` int(11) DEFAULT NULL,
  `d` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `c` (`c`)
) ENGINE=InnoDB;

insert into t values(0,0,0),(5,5,5),
(10,10,10),(15,15,15),(20,20,20),(25,25,25);

场景1：主键索引等值间歇锁

session A: update t set d=d+1 where id=7; (T1)
session B: insert into t values(8,8,8); (T2)
session C: update t set d=d+1 where id=10; (T3)
T1 < T2 < T3
其中，B被阻塞，C查询正常。

我们可以看到，id 列为主键索引，并且 id=7 的行并不存在。

对于 Session A 来说：
根据原则1，加锁的单位是 next-key, 因为 id=7 在 5 - 10 间，next-key 默认是左开右闭。所以范围是 (5,10].
根据优化2，但因为 id=7 是等值查询，到 id=10 结束。next-key 退化成间隙锁 (5,10).

对于 Session B 来说：
插入操作与间隙锁冲突，所以失败。

对于 Session C 来说：
根据原则1，next-key 加锁 (5,10].
根据优化1：给唯一索引加锁时，退化成行锁。范围变为：id=10 的行锁
Session C 和 Session A (5,10) 并不起冲突，所以成功。
这里可以看出，行锁和间隙锁都是有 next-key 锁满足一定后条件后转换的，加锁的默认单位是 next-key.

场景2：非唯一索引等值锁

session A: select id from t where c=5 lock in share mode;(T1)
session B: update t set d=d+1 where id=5; (T2)
session C: insert into t values(7,7,7); (T3)
T1 < T2 < T3
其中，B查询正常，C被阻塞。

c为非唯一索引，查询的字段仅有 id，lock in share mode 给满足条件的行加上读锁。

Session A：
c=5，等值查询且值存在。先加 next-key 锁，范围为 (0,5].
由于 c 是普通索引，因此仅访问 c=5 这一条记录不会停止，会继续向右遍历，到 10 结束。根据原则2，这时会给 id=10 加 next-key (5,10].
但 id=10 同时满足优化2，退化成间隙锁 (5,10).
根据原则2，该查询使用覆盖索引，可以直接得到 id 的值，主键索引未被访问到，不加锁。

Session B：
根据原则1 和优化1，给 id=10 的主键索引加行锁，并不冲突，修改成功。

Session C：
由于 Session A 已经对索引 c 中 (5,10) 的间隙加锁，与插入 c=7 冲突， 所以被阻塞。

可以看出，加锁其实是在索引上，并且只加在访问到的记录上，如果想要在 lock in share mode 下避免数据被更新，需要引入覆盖索引不能包含的字段。

假设将 Session A 的语句改成 select id from t where c=5 for update;, for update 表示可能当前事务要更新数据，所以也会给满足的条件的主键索引加锁。这时 Session B 就会被阻塞了。

通过这两个场景，我们已经可以了解到对于索引加锁的规则，还有其他的场景大家可以通过底下的参考资料学习。
参考资料