7.数据库的锁机制
并發(fā)控制
在計(jì)算機(jī)科學(xué)，特別是程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、多處理機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)等領(lǐng)域，并發(fā)控制（Concurrency control）是確保及時(shí)糾正由并發(fā)操作導(dǎo)致的錯(cuò)誤的一種機(jī)制。
數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）中的并發(fā)控制的任務(wù)是確保在多個(gè)事務(wù)同時(shí)存取數(shù)據(jù)庫(kù)中同一數(shù)據(jù)時(shí)不破壞事務(wù)的隔離性和統(tǒng)一性以及數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一性。下面舉例說(shuō)明并發(fā)操作帶來(lái)的數(shù)據(jù)不一致性問(wèn)題：
現(xiàn)有兩處火車票售票點(diǎn)，同時(shí)讀取某一趟列車車票數(shù)據(jù)庫(kù)中車票余額為 X。兩處售票點(diǎn)同時(shí)賣出一張車票，同時(shí)修改余額為 X -1寫(xiě)回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，這樣就造成了實(shí)際賣出兩張火車票而數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄卻只少了一張。 產(chǎn)生這種情況的原因是因?yàn)閮蓚€(gè)事務(wù)讀入同一數(shù)據(jù)并同時(shí)修改，其中一個(gè)事務(wù)提交的結(jié)果破壞了另一個(gè)事務(wù)提交的結(jié)果，導(dǎo)致其數(shù)據(jù)的修改被丟失，破壞了事務(wù)的隔離性。并發(fā)控制要解決的就是這類問(wèn)題。
封鎖、時(shí)間戳、樂(lè)觀并發(fā)控制(樂(lè)觀鎖)和悲觀并發(fā)控制（悲觀鎖）是并發(fā)控制主要采用的技術(shù)手段。
鎖
當(dāng)并發(fā)事務(wù)同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)資源時(shí)，有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致，因此需要一種機(jī)制來(lái)將數(shù)據(jù)訪問(wèn)順序化，以保證數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的一致性。鎖就是其中的一種機(jī)制。
在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，鎖是在執(zhí)行多線程時(shí)用于強(qiáng)行限制資源訪問(wèn)的同步機(jī)制，即用于在并發(fā)控制中保證對(duì)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(jí)鎖、行級(jí)鎖、頁(yè)級(jí)鎖（mysql）
三、按鎖級(jí)別劃分，可分為共享鎖、排他鎖
四、按加鎖方式劃分，可分為自動(dòng)鎖、顯示鎖
五、按使用方式劃分，可分為樂(lè)觀鎖、悲觀鎖
DML鎖（data locks，數(shù)據(jù)鎖），用于保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性，其中包括行級(jí)鎖(Row Locks (TX鎖))、表級(jí)鎖(table lock(TM鎖))。 DDL鎖（dictionary locks，數(shù)據(jù)字典鎖），用于保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的結(jié)構(gòu)，如表、索引等的結(jié)構(gòu)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）
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MySQL中的行級(jí)鎖,表級(jí)鎖,頁(yè)級(jí)鎖
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在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，鎖是在執(zhí)行多線程時(shí)用于強(qiáng)行限制資源訪問(wèn)的同步機(jī)制，即用于在并發(fā)控制中保證對(duì)互斥要求的滿足。
行級(jí)鎖
行級(jí)鎖是Mysql中鎖定粒度最細(xì)的一種鎖，表示只針對(duì)當(dāng)前操作的行進(jìn)行加鎖。行級(jí)鎖能大大減少數(shù)據(jù)庫(kù)操作的沖突。其加鎖粒度最小，但加鎖的開(kāi)銷也最大。行級(jí)鎖分為共享鎖 和 排他鎖。
特點(diǎn)
開(kāi)銷大，加鎖慢；會(huì)出現(xiàn)死鎖；鎖定粒度最小，發(fā)生鎖沖突的概率最低，并發(fā)度也最高。
表級(jí)鎖
表級(jí)鎖是MySQL中鎖定粒度最大的一種鎖，表示對(duì)當(dāng)前操作的整張表加鎖，它實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，資源消耗較少，被大部分MySQL引擎支持。最常使用的MYISAM與INNODB都支持表級(jí)鎖定。表級(jí)鎖定分為表共享讀鎖（共享鎖）與表獨(dú)占寫(xiě)鎖（排他鎖）。
特點(diǎn)
開(kāi)銷小，加鎖快；不會(huì)出現(xiàn)死鎖；鎖定粒度大，發(fā)出鎖沖突的概率最高，并發(fā)度最低。
頁(yè)級(jí)鎖
頁(yè)級(jí)鎖是MySQL中鎖定粒度介于行級(jí)鎖和表級(jí)鎖中間的一種鎖。表級(jí)鎖速度快，但沖突多，行級(jí)沖突少，但速度慢。所以取了折衷的頁(yè)級(jí)，一次鎖定相鄰的一組記錄。BDB支持頁(yè)級(jí)鎖
特點(diǎn)
開(kāi)銷和加鎖時(shí)間界于表鎖和行鎖之間；會(huì)出現(xiàn)死鎖；鎖定粒度界于表鎖和行鎖之間，并發(fā)度一般
MySQL常用存儲(chǔ)引擎的鎖機(jī)制
MyISAM和MEMORY采用表級(jí)鎖(table-level locking)
BDB采用頁(yè)面鎖(page-level locking)或表級(jí)鎖，默認(rèn)為頁(yè)面鎖
InnoDB支持行級(jí)鎖(row-level locking)和表級(jí)鎖,默認(rèn)為行級(jí)鎖
Innodb中的行鎖與表鎖
前面提到過(guò)，在Innodb引擎中既支持行鎖也支持表鎖，那么什么時(shí)候會(huì)鎖住整張表，什么時(shí)候或只鎖住一行呢？
InnoDB行鎖是通過(guò)給索引上的索引項(xiàng)加鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)MySQL與Oracle不同，后者是通過(guò)在數(shù)據(jù)塊中對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)行加鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。InnoDB這種行鎖實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)意味著：只有通過(guò)索引條件檢索數(shù)據(jù)，InnoDB才使用行級(jí)鎖，否則，InnoDB將使用表鎖！
在實(shí)際應(yīng)用中，要特別注意InnoDB行鎖的這一特性，不然的話，可能導(dǎo)致大量的鎖沖突，從而影響并發(fā)性能。
行級(jí)鎖都是基于索引的，如果一條SQL語(yǔ)句用不到索引是不會(huì)使用行級(jí)鎖的，會(huì)使用表級(jí)鎖。行級(jí)鎖的缺點(diǎn)是：由于需要請(qǐng)求大量的鎖資源，所以速度慢，內(nèi)存消耗大。
行級(jí)鎖與死鎖
MyISAM中是不會(huì)產(chǎn)生死鎖的，因?yàn)镸yISAM總是一次性獲得所需的全部鎖，要么全部滿足，要么全部等待。而在InnoDB中，鎖是逐步獲得的，就造成了死鎖的可能。
在MySQL中，行級(jí)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(yǔ)句操作了主鍵索引，MySQL就會(huì)鎖定這條主鍵索引；如果一條語(yǔ)句操作了非主鍵索引，MySQL會(huì)先鎖定該非主鍵索引，再鎖定相關(guān)的主鍵索引。 在UPDATE、DELETE操作時(shí)，MySQL不僅鎖定WHERE條件掃描過(guò)的所有索引記錄，而且會(huì)鎖定相鄰的鍵值，即所謂的next-key locking。
當(dāng)兩個(gè)事務(wù)同時(shí)執(zhí)行，一個(gè)鎖住了主鍵索引，在等待其他相關(guān)索引。另一個(gè)鎖定了非主鍵索引，在等待主鍵索引。這樣就會(huì)發(fā)生死鎖。
發(fā)生死鎖后，InnoDB一般都可以檢測(cè)到，并使一個(gè)事務(wù)釋放鎖回退，另一個(gè)獲取鎖完成事務(wù)。
有多種方法可以避免死鎖，這里只介紹常見(jiàn)的三種
1、如果不同程序會(huì)并發(fā)存取多個(gè)表，盡量約定以相同的順序訪問(wèn)表，可以大大降低死鎖機(jī)會(huì)。
2、在同一個(gè)事務(wù)中，盡可能做到一次鎖定所需要的所有資源，減少死鎖產(chǎn)生概率；
3、對(duì)于非常容易產(chǎn)生死鎖的業(yè)務(wù)部分，可以嘗試使用升級(jí)鎖定顆粒度，通過(guò)表級(jí)鎖定來(lái)減少死鎖產(chǎn)生的概率；
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MySQL中的共享鎖與排他鎖
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共享鎖(Share Lock)
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共享鎖又稱讀鎖，是讀取操作創(chuàng)建的鎖。其他用戶可以并發(fā)讀取數(shù)據(jù)，但任何事務(wù)都不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改（獲取數(shù)據(jù)上的排他鎖），直到已釋放所有共享鎖。
如果事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)A加上共享鎖后，則其他事務(wù)只能對(duì)A再加共享鎖，不能加排他鎖。獲準(zhǔn)共享鎖的事務(wù)只能讀數(shù)據(jù)，不能修改數(shù)據(jù)。
用法
SELECT ... LOCK IN SHARE MODE;
在查詢語(yǔ)句后面增加LOCK IN SHARE MODE，Mysql會(huì)對(duì)查詢結(jié)果中的每行都加共享鎖，當(dāng)沒(méi)有其他線程對(duì)查詢結(jié)果集中的任何一行使用排他鎖時(shí)，可以成功申請(qǐng)共享鎖，否則會(huì)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(gè)版本的數(shù)據(jù)。
排他鎖（eXclusive Lock）
排他鎖又稱寫(xiě)鎖，如果事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)A加上排他鎖后，則其他事務(wù)不能再對(duì)A加任任何類型的封鎖。獲準(zhǔn)排他鎖的事務(wù)既能讀數(shù)據(jù)，又能修改數(shù)據(jù)。
用法
SELECT ... FOR UPDATE;
在查詢語(yǔ)句后面增加FOR UPDATE，Mysql會(huì)對(duì)查詢結(jié)果中的每行都加排他鎖，當(dāng)沒(méi)有其他線程對(duì)查詢結(jié)果集中的任何一行使用排他鎖時(shí)，可以成功申請(qǐng)排他鎖，否則會(huì)被阻塞。
意向鎖
InnoDB還有兩個(gè)表鎖：
意向共享鎖（IS）：表示事務(wù)準(zhǔn)備給數(shù)據(jù)行加入共享鎖，也就是說(shuō)一個(gè)數(shù)據(jù)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(wù)準(zhǔn)備給數(shù)據(jù)行加入排他鎖，說(shuō)明事務(wù)在一個(gè)數(shù)據(jù)行加排他鎖前必須先取得該表的IX鎖。
意向鎖是InnoDB自動(dòng)加的，不需要用戶干預(yù)。
對(duì)于insert、update、delete，InnoDB會(huì)自動(dòng)給涉及的數(shù)據(jù)加排他鎖（X）；對(duì)于一般的Select語(yǔ)句，InnoDB不會(huì)加任何鎖，事務(wù)可以通過(guò)以下語(yǔ)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;
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樂(lè)觀鎖和悲觀鎖
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樂(lè)觀并發(fā)控制(樂(lè)觀鎖)和悲觀并發(fā)控制（悲觀鎖）是并發(fā)控制主要采用的技術(shù)手段。
無(wú)論是悲觀鎖還是樂(lè)觀鎖，都是人們定義出來(lái)的概念，可以認(rèn)為是一種思想。其實(shí)不僅僅是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中有樂(lè)觀鎖和悲觀鎖的概念，像memcache、hibernate、tair等都有類似的概念。
針對(duì)于不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，應(yīng)該選用不同的并發(fā)控制方式。所以，不要把樂(lè)觀并發(fā)控制和悲觀并發(fā)控制狹義的理解為DBMS中的概念，更不要把他們和數(shù)據(jù)中提供的鎖機(jī)制（行鎖、表鎖、排他鎖、共享鎖）混為一談。其實(shí)，在DBMS中，悲觀鎖正是利用數(shù)據(jù)庫(kù)本身提供的鎖機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
下面來(lái)分別學(xué)習(xí)一下悲觀鎖和樂(lè)觀鎖。
悲觀鎖
在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)里，悲觀并發(fā)控制（又名“悲觀鎖”，Pessimistic Concurrency Control，縮寫(xiě)“PCC”）是一種并發(fā)控制的方法。它可以阻止一個(gè)事務(wù)以影響其他用戶的方式來(lái)修改數(shù)據(jù)。如果一個(gè)事務(wù)執(zhí)行的操作都某行數(shù)據(jù)應(yīng)用了鎖，那只有當(dāng)這個(gè)事務(wù)把鎖釋放，其他事務(wù)才能夠執(zhí)行與該鎖沖突的操作。
悲觀并發(fā)控制主要用于數(shù)據(jù)爭(zhēng)用激烈的環(huán)境，以及發(fā)生并發(fā)沖突時(shí)使用鎖保護(hù)數(shù)據(jù)的成本要低于回滾事務(wù)的成本的環(huán)境中。
悲觀鎖，正如其名，它指的是對(duì)數(shù)據(jù)被外界（包括本系統(tǒng)當(dāng)前的其他事務(wù)，以及來(lái)自外部系統(tǒng)的事務(wù)處理）修改持保守態(tài)度(悲觀)，因此，在整個(gè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，將數(shù)據(jù)處于鎖定狀態(tài)。 悲觀鎖的實(shí)現(xiàn)，往往依靠數(shù)據(jù)庫(kù)提供的鎖機(jī)制 （也只有數(shù)據(jù)庫(kù)層提供的鎖機(jī)制才能真正保證數(shù)據(jù)訪問(wèn)的排他性，否則，即使在本系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了加鎖機(jī)制，也無(wú)法保證外部系統(tǒng)不會(huì)修改數(shù)據(jù)）
在數(shù)據(jù)庫(kù)中，悲觀鎖的流程如下：
在對(duì)任意記錄進(jìn)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(shuō)明該記錄正在被修改，那么當(dāng)前查詢可能要等待或者拋出異常。 具體響應(yīng)方式由開(kāi)發(fā)者根據(jù)實(shí)際需要決定。
如果成功加鎖，那么就可以對(duì)記錄做修改，事務(wù)完成后就會(huì)解鎖了。
其間如果有其他對(duì)該記錄做修改或加排他鎖的操作，都會(huì)等待我們解鎖或直接拋出異常。
MySQL InnoDB中使用悲觀鎖
要使用悲觀鎖，我們必須關(guān)閉mysql數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)提交屬性，因?yàn)镸ySQL默認(rèn)使用autocommit模式，也就是說(shuō)，當(dāng)你執(zhí)行一個(gè)更新操作后，MySQL會(huì)立刻將結(jié)果進(jìn)行提交。set autocommit=0;
//0.開(kāi)始事務(wù)
begin;/begin work;/start transaction; (三者選一就可以)
//1.查詢出商品信息
select status from t_goods where id=1 for update;
//2.根據(jù)商品信息生成訂單
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.提交事務(wù)
commit;/commit work;
上面的查詢語(yǔ)句中，我們使用了select…for update的方式，這樣就通過(guò)開(kāi)啟排他鎖的方式實(shí)現(xiàn)了悲觀鎖。此時(shí)在t_goods表中，id為1的 那條數(shù)據(jù)就被我們鎖定了，其它的事務(wù)必須等本次事務(wù)提交之后才能執(zhí)行。這樣我們可以保證當(dāng)前的數(shù)據(jù)不會(huì)被其它事務(wù)修改。
上面我們提到，使用select…for update會(huì)把數(shù)據(jù)給鎖住，不過(guò)我們需要注意一些鎖的級(jí)別，MySQL InnoDB默認(rèn)行級(jí)鎖。行級(jí)鎖都是基于索引的，如果一條SQL語(yǔ)句用不到索引是不會(huì)使用行級(jí)鎖的，會(huì)使用表級(jí)鎖把整張表鎖住，這點(diǎn)需要注意。
優(yōu)點(diǎn)與不足
悲觀并發(fā)控制實(shí)際上是“先取鎖再訪問(wèn)”的保守策略，為數(shù)據(jù)處理的安全提供了保證。但是在效率方面，處理加鎖的機(jī)制會(huì)讓數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生額外的開(kāi)銷，還有增加產(chǎn)生死鎖的機(jī)會(huì)；另外，在只讀型事務(wù)處理中由于不會(huì)產(chǎn)生沖突，也沒(méi)必要使用鎖，這樣做只能增加系統(tǒng)負(fù)載；還有會(huì)降低了并行性，一個(gè)事務(wù)如果鎖定了某行數(shù)據(jù)，其他事務(wù)就必須等待該事務(wù)處理完才可以處理那行數(shù)
樂(lè)觀鎖
在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)里，樂(lè)觀并發(fā)控制（又名“樂(lè)觀鎖”，Optimistic Concurrency Control，縮寫(xiě)“OCC”）是一種并發(fā)控制的方法。它假設(shè)多用戶并發(fā)的事務(wù)在處理時(shí)不會(huì)彼此互相影響，各事務(wù)能夠在不產(chǎn)生鎖的情況下處理各自影響的那部分?jǐn)?shù)據(jù)。在提交數(shù)據(jù)更新之前，每個(gè)事務(wù)會(huì)先檢查在該事務(wù)讀取數(shù)據(jù)后，有沒(méi)有其他事務(wù)又修改了該數(shù)據(jù)。如果其他事務(wù)有更新的話，正在提交的事務(wù)會(huì)進(jìn)行回滾。樂(lè)觀事務(wù)控制最早是由孔祥重（H.T.Kung）教授提出。
樂(lè)觀鎖（ Optimistic Locking ） 相對(duì)悲觀鎖而言，樂(lè)觀鎖假設(shè)認(rèn)為數(shù)據(jù)一般情況下不會(huì)造成沖突，所以在數(shù)據(jù)進(jìn)行提交更新的時(shí)候，才會(huì)正式對(duì)數(shù)據(jù)的沖突與否進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)沖突了，則讓返回用戶錯(cuò)誤的信息，讓用戶決定如何去做。
相對(duì)于悲觀鎖，在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理的時(shí)候，樂(lè)觀鎖并不會(huì)使用數(shù)據(jù)庫(kù)提供的鎖機(jī)制。一般的實(shí)現(xiàn)樂(lè)觀鎖的方式就是記錄數(shù)據(jù)版本。
數(shù)據(jù)版本,為數(shù)據(jù)增加的一個(gè)版本標(biāo)識(shí)。當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，將版本標(biāo)識(shí)的值一同讀出，數(shù)據(jù)每更新一次，同時(shí)對(duì)版本標(biāo)識(shí)進(jìn)行更新。當(dāng)我們提交更新的時(shí)候，判斷數(shù)據(jù)庫(kù)表對(duì)應(yīng)記錄的當(dāng)前版本信息與第一次取出來(lái)的版本標(biāo)識(shí)進(jìn)行比對(duì)，如果數(shù)據(jù)庫(kù)表當(dāng)前版本號(hào)與第一次取出來(lái)的版本標(biāo)識(shí)值相等，則予以更新，否則認(rèn)為是過(guò)期數(shù)據(jù)。
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)版本有兩種方式，第一種是使用版本號(hào)，第二種是使用時(shí)間戳。
使用版本號(hào)實(shí)現(xiàn)樂(lè)觀鎖
使用版本號(hào)時(shí)，可以在數(shù)據(jù)初始化時(shí)指定一個(gè)版本號(hào)，每次對(duì)數(shù)據(jù)的更新操作都對(duì)版本號(hào)執(zhí)行+1操作。并判斷當(dāng)前版本號(hào)是不是該數(shù)據(jù)的最新的版本號(hào)。
1.查詢出商品信息
select (status,status,version) from t_goods where id=#{id}
2.根據(jù)商品信息生成訂單
3.修改商品status為2
update t_goods
set status=2,version=version+1
where id=#{id} and version=#{version};
優(yōu)點(diǎn)與不足
樂(lè)觀并發(fā)控制相信事務(wù)之間的數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)(data race)的概率是比較小的，因此盡可能直接做下去，直到提交的時(shí)候才去鎖定，所以不會(huì)產(chǎn)生任何鎖和死鎖。但如果直接簡(jiǎn)單這么做，還是有可能會(huì)遇到不可預(yù)期的結(jié)果，例如兩個(gè)事務(wù)都讀取了數(shù)據(jù)庫(kù)的某一行，經(jīng)過(guò)修改以后寫(xiě)回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，這時(shí)就遇到了問(wèn)題。
總結(jié)
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