資料庫的鎖機制

并發控制

在計算機科學，特别是程式設計、作業系統、多處理機和資料庫等領域，并發控制（

Concurrency control

）是確定及時糾正由并發操作導緻的錯誤的一種機制。

資料庫管理系統（DBMS）中的并發控制的任務是確定在多個事務同時存取資料庫中同一資料時不破壞事務的隔離性和統一性以及資料庫的統一性。下面舉例說明并發操作帶來的資料不一緻性問題：

現有兩處火車票售票點，同時讀取某一趟列車車票資料庫中車票餘額為 X。兩處售票點同時賣出一張車票，同時修改餘額為 X -1寫回資料庫，這樣就造成了實際賣出兩張火車票而資料庫中的記錄卻隻少了一張。 産生這種情況的原因是因為兩個事務讀入同一資料并同時修改，其中一個事務送出的結果破壞了另一個事務送出的結果，導緻其資料的修改被丢失，破壞了事務的隔離性。并發控制要解決的就是這類問題。

封鎖、時間戳、樂觀并發控制(樂觀鎖)和悲觀并發控制（悲觀鎖）是并發控制主要采用的技術手段。

鎖

當并發事務同時通路一個資源時，有可能導緻資料不一緻，是以需要一種機制來将資料通路順序化，以保證資料庫資料的一緻性。鎖就是其中的一種機制。

在計算機科學中，鎖是在執行多線程時用于強行限制資源通路的同步機制，即用于在并發控制中保證對互斥要求的滿足。

鎖的分類(oracle)

一、按操作劃分，可分為

DML鎖

、

DDL鎖

二、按鎖的粒度劃分，可分為

表級鎖

行級鎖

頁級鎖

（mysql）

三、按鎖級别劃分，可分為

共享鎖

排他鎖

四、按加鎖方式劃分，可分為

自動鎖

顯示鎖

五、按使用方式劃分，可分為

樂觀鎖

悲觀鎖

DML鎖（data locks，資料鎖），用于保護資料的完整性，其中包括行級鎖(Row Locks (TX鎖))、表級鎖(table lock(TM鎖))。 DDL鎖（dictionary locks，資料字典鎖），用于保護資料庫對象的結構，如表、索引等的結構定義。其中包排他DDL鎖（Exclusive DDL lock）、共享DDL鎖（Share DDL lock）、可中斷解析鎖（Breakable parse locks）

MySQL中的行級鎖,表級鎖,頁級鎖

行級鎖

行級鎖是Mysql中鎖定粒度最細的一種鎖，表示隻針對目前操作的行進行加鎖。行級鎖能大大減少資料庫操作的沖突。其加鎖粒度最小，但加鎖的開銷也最大。行級鎖分為

共享鎖

 和 

排他鎖

。

特點

開銷大，加鎖慢；會出現死鎖；鎖定粒度最小，發生鎖沖突的機率最低，并發度也最高。

表級鎖

表級鎖是MySQL中鎖定粒度最大的一種鎖，表示對目前操作的整張表加鎖，它實作簡單，資源消耗較少，被大部分MySQL引擎支援。最常使用的MYISAM與INNODB都支援表級鎖定。表級鎖定分為

表共享讀鎖

（共享鎖）與

表獨占寫鎖

（排他鎖）。

開銷小，加鎖快；不會出現死鎖；鎖定粒度大，發出鎖沖突的機率最高，并發度最低。

頁級鎖

頁級鎖是MySQL中鎖定粒度介于行級鎖和表級鎖中間的一種鎖。表級鎖速度快，但沖突多，行級沖突少，但速度慢。是以取了折衷的頁級，一次鎖定相鄰的一組記錄。BDB支援頁級鎖

開銷和加鎖時間界于表鎖和行鎖之間；會出現死鎖；鎖定粒度界于表鎖和行鎖之間，并發度一般

MySQL常用存儲引擎的鎖機制

MyISAM和MEMORY采用表級鎖(table-level locking)

BDB采用頁面鎖(page-level locking)或表級鎖，預設為頁面鎖

InnoDB支援行級鎖(row-level locking)和表級鎖,預設為行級鎖

Innodb中的行鎖與表鎖

前面提到過，在Innodb引擎中既支援行鎖也支援表鎖，那麼什麼時候會鎖住整張表，什麼時候或隻鎖住一行呢？

InnoDB行鎖是通過給索引上的索引項加鎖來實作的，這一點MySQL與Oracle不同，後者是通過在資料塊中對相應資料行加鎖來實作的。InnoDB這種行鎖實作特點意味着：隻有通過索引條件檢索資料，InnoDB才使用行級鎖，否則，InnoDB将使用表鎖！

在實際應用中，要特别注意InnoDB行鎖的這一特性，不然的話，可能導緻大量的鎖沖突，進而影響并發性能。

行級鎖都是基于索引的，如果一條SQL語句用不到索引是不會使用行級鎖的，會使用表級鎖。行級鎖的缺點是：由于需要請求大量的鎖資源，是以速度慢，記憶體消耗大。

行級鎖與死鎖

MyISAM中是不會産生死鎖的，因為MyISAM總是一次性獲得所需的全部鎖，要麼全部滿足，要麼全部等待。而在InnoDB中，鎖是逐漸獲得的，就造成了死鎖的可能。

在MySQL中，行級鎖并不是直接鎖記錄，而是鎖索引。索引分為主鍵索引和非主鍵索引兩種，如果一條sql語句操作了主鍵索引，MySQL就會鎖定這條主鍵索引；如果一條語句操作了非主鍵索引，MySQL會先鎖定該非主鍵索引，再鎖定相關的主鍵索引。 在UPDATE、DELETE操作時，MySQL不僅鎖定WHERE條件掃描過的所有索引記錄，而且會鎖定相鄰的鍵值，即所謂的next-key locking。

當兩個事務同時執行，一個鎖住了主鍵索引，在等待其他相關索引。另一個鎖定了非主鍵索引，在等待主鍵索引。這樣就會發生死鎖。

發生死鎖後，InnoDB一般都可以檢測到，并使一個事務釋放鎖回退，另一個擷取鎖完成事務。

有多種方法可以避免死鎖，這裡隻介紹常見的三種

1、如果不同程式會并發存取多個表，盡量約定以相同的順序通路表，可以大大降低死鎖機會。

2、在同一個事務中，盡可能做到一次鎖定所需要的所有資源，減少死鎖産生機率；

3、對于非常容易産生死鎖的業務部分，可以嘗試使用更新鎖定顆粒度，通過表級鎖定來減少死鎖産生的機率；

MySQL中的共享鎖與排他鎖

共享鎖(Share Lock)

共享鎖又稱讀鎖，是讀取操作建立的鎖。其他使用者可以并發讀取資料，但任何事務都不能對資料進行修改（擷取資料上的排他鎖），直到已釋放所有共享鎖。

如果事務T對資料A加上共享鎖後，則其他事務隻能對A再加共享鎖，不能加排他鎖。獲準共享鎖的事務隻能讀資料，不能修改資料。

用法

SELECT ... LOCK IN SHARE MODE;

在查詢語句後面增加

LOCK IN SHARE MODE

，Mysql會對查詢結果中的每行都加共享鎖，當沒有其他線程對查詢結果集中的任何一行使用排他鎖時，可以成功申請共享鎖，否則會被阻塞。其他線程也可以讀取使用了共享鎖的表，而且這些線程讀取的是同一個版本的資料。

排他鎖（eXclusive Lock）

排他鎖又稱寫鎖，如果事務T對資料A加上排他鎖後，則其他事務不能再對A加任任何類型的封鎖。獲準排他鎖的事務既能讀資料，又能修改資料。

SELECT ... FOR UPDATE;

FOR UPDATE

，Mysql會對查詢結果中的每行都加排他鎖，當沒有其他線程對查詢結果集中的任何一行使用排他鎖時，可以成功申請排他鎖，否則會被阻塞。

意向鎖

InnoDB還有兩個表鎖：

意向共享鎖（IS）：表示事務準備給資料行加入共享鎖，也就是說一個資料行加共享鎖前必須先取得該表的IS鎖

意向排他鎖（IX）：類似上面，表示事務準備給資料行加入排他鎖，說明事務在一個資料行加排他鎖前必須先取得該表的IX鎖。

意向鎖是InnoDB自動加的，不需要使用者幹預。

對于insert、update、delete，InnoDB會自動給涉及的資料加排他鎖（X）；對于一般的Select語句，InnoDB不會加任何鎖，事務可以通過以下語句給顯示加共享鎖或排他鎖。

共享鎖：

SELECT ... LOCK IN SHARE MODE;

排他鎖：

SELECT ... FOR UPDATE;

樂觀鎖和悲觀鎖

樂觀并發控制(樂觀鎖)和悲觀并發控制（悲觀鎖）是并發控制主要采用的技術手段。

無論是悲觀鎖還是樂觀鎖，都是人們定義出來的概念，可以認為是一種思想。其實不僅僅是關系型資料庫系統中有樂觀鎖和悲觀鎖的概念，像memcache、hibernate、tair等都有類似的概念。

針對于不同的業務場景，應該選用不同的并發控制方式。是以，不要把樂觀并發控制和悲觀并發控制狹義的了解為DBMS中的概念，更不要把他們和資料中提供的鎖機制（行鎖、表鎖、排他鎖、共享鎖）混為一談。其實，在DBMS中，悲觀鎖正是利用資料庫本身提供的鎖機制來實作的。

下面來分别學習一下悲觀鎖和樂觀鎖。

悲觀鎖

在關系資料庫管理系統裡，悲觀并發控制（又名“悲觀鎖”，Pessimistic Concurrency Control，縮寫“PCC”）是一種并發控制的方法。它可以阻止一個事務以影響其他使用者的方式來修改資料。如果一個事務執行的操作都某行資料應用了鎖，那隻有當這個事務把鎖釋放，其他事務才能夠執行與該鎖沖突的操作。

悲觀并發控制主要用于資料争用激烈的環境，以及發生并發沖突時使用鎖保護資料的成本要低于復原事務的成本的環境中。

悲觀鎖，正如其名，它指的是對資料被外界（包括本系統目前的其他事務，以及來自外部系統的事務處理）修改持保守态度(悲觀)，是以，在整個資料處理過程中，将資料處于鎖定狀态。 悲觀鎖的實作，往往依靠資料庫提供的鎖機制 （也隻有資料庫層提供的鎖機制才能真正保證資料通路的排他性，否則，即使在本系統中實作了加鎖機制，也無法保證外部系統不會修改資料）

在資料庫中，悲觀鎖的流程如下：

在對任意記錄進行修改前，先嘗試為該記錄加上排他鎖（exclusive locking）。

如果加鎖失敗，說明該記錄正在被修改，那麼目前查詢可能要等待或者抛出異常。 具體響應方式由開發者根據實際需要決定。

如果成功加鎖，那麼就可以對記錄做修改，事務完成後就會解鎖了。

其間如果有其他對該記錄做修改或加排他鎖的操作，都會等待我們解鎖或直接抛出異常。

MySQL InnoDB中使用悲觀鎖

要使用悲觀鎖，我們必須關閉mysql資料庫的自動送出屬性，因為MySQL預設使用autocommit模式，也就是說，當你執行一個更新操作後，MySQL會立刻将結果進行送出。

set autocommit=0;

//0.開始事務
begin;/begin work;/start transaction; (三者選一就可以)
//1.查詢出商品資訊
select status from t_goods where id=1 for update;
//2.根據商品資訊生成訂單
insert into t_orders (id,goods_id) values (null,1);
//3.修改商品status為2
update t_goods set status=2;
//4.送出事務
commit;/commit work;           

上面的查詢語句中，我們使用了

select…for update

的方式，這樣就通過開啟排他鎖的方式實作了悲觀鎖。此時在t_goods表中，id為1的 那條資料就被我們鎖定了，其它的事務必須等本次事務送出之後才能執行。這樣我們可以保證目前的資料不會被其它事務修改。

上面我們提到，使用

select…for update

會把資料給鎖住，不過我們需要注意一些鎖的級别，MySQL InnoDB預設行級鎖。行級鎖都是基于索引的，如果一條SQL語句用不到索引是不會使用行級鎖的，會使用表級鎖把整張表鎖住，這點需要注意。

優點與不足

悲觀并發控制實際上是“先取鎖再通路”的保守政策，為資料處理的安全提供了保證。但是在效率方面，處理加鎖的機制會讓資料庫産生額外的開銷，還有增加産生死鎖的機會；另外，在隻讀型事務進行中由于不會産生沖突，也沒必要使用鎖，這樣做隻能增加系統負載；還有會降低了并行性，一個事務如果鎖定了某行資料，其他事務就必須等待該事務處理完才可以處理那行數

樂觀鎖

在關系資料庫管理系統裡，樂觀并發控制（又名“樂觀鎖”，Optimistic Concurrency Control，縮寫“OCC”）是一種并發控制的方法。它假設多使用者并發的事務在處理時不會彼此互相影響，各事務能夠在不産生鎖的情況下處理各自影響的那部分資料。在送出資料更新之前，每個事務會先檢查在該事務讀取資料後，有沒有其他事務又修改了該資料。如果其他事務有更新的話，正在送出的事務會進行復原。樂觀事務控制最早是由孔祥重（H.T.Kung）教授提出。

樂觀鎖（ Optimistic Locking ） 相對悲觀鎖而言，樂觀鎖假設認為資料一般情況下不會造成沖突，是以在資料進行送出更新的時候，才會正式對資料的沖突與否進行檢測，如果發現沖突了，則讓傳回使用者錯誤的資訊，讓使用者決定如何去做。

相對于悲觀鎖，在對資料庫進行處理的時候，樂觀鎖并不會使用資料庫提供的鎖機制。一般的實作樂觀鎖的方式就是記錄資料版本。

資料版本,為資料增加的一個版本辨別。當讀取資料時，将版本辨別的值一同讀出，資料每更新一次，同時對版本辨別進行更新。當我們送出更新的時候，判斷資料庫表對應記錄的目前版本資訊與第一次取出來的版本辨別進行比對，如果資料庫表目前版本号與第一次取出來的版本辨別值相等，則予以更新，否則認為是過期資料。

實作資料版本有兩種方式，第一種是使用版本号，第二種是使用時間戳。

使用版本号實作樂觀鎖

使用版本号時，可以在資料初始化時指定一個版本号，每次對資料的更新操作都對版本号執行+1操作。并判斷目前版本号是不是該資料的最新的版本号。

1.查詢出商品資訊
select (status,status,version) from t_goods where id=#{id}
2.根據商品資訊生成訂單
3.修改商品status為2
update t_goods 
set status=2,version=version+1
where id=#{id} and version=#{version};