InnoDB 锁原理

背景

MySQL是一个支持插件式存储引擎的数据库系统，其中InnoDB是 MySQL 的事务安全的存储引擎，在OLTP系统中使用非常广乏。InnoDB最大的特性是支持事务，事务的特性包括原子性、一致性、隔离性、持久性，其中事务的隔离性，就是通过锁来实现的。在正式介绍锁之前，先来回顾一下MySql/InnoDB的隔离级别：

• READ UNCOMMITTED 可以读取到未提交的数据，会产生脏读的问题

• REA D COMMITTED 读取已经提交的数据，不会有脏读，但是会有不可重复读和幻读。

• REPEATABLE READ 在同一个事务 中，可以重复读取，同时InnoDB在此隔离级别下不会有幻象读现象。

• SERIALIZABLE 读取和写入都需要加锁，效率比较低。

锁的类型

InnoDB存储引擎有两种行级锁

• 共享锁 S，允许事务读取一行数据。

• 排他锁 X，允许事务修改一行数据。

他们的兼容性如下：

除此之外，InnoDB还有一种表级别锁，意向锁：

• 意向共享锁 IS，表示事务想要获取表中某几行的共享锁。

• 意向排他锁 IX，表示事务想要获取表中某几行的排他锁。

InnoDB的意向锁主要用户多粒度的锁并存的情况。比如事务A要在一个表上加S锁，如果表中的一行已被事务B加了X锁，那么该锁的申请也应被阻塞。如果表中的数据很多，逐行检查锁标志的开销将很大，系统的性能将会受到影响。为了解决这个问题，可以在表级上引入新的锁类型来表示其所属行的加锁情况，这就引出了“意向锁”的概念。举个例子，如果表中记录1亿，事务A把其中有几条记录上了行锁了，这时事务B需要给这个表加表级锁，如果没有意向锁的话，那就要去表中查找这一亿条记录是否上锁了。如果存在意向锁，那么假如事务Ａ在更新一条记录之前，先加意向锁，再加Ｘ锁，事务B先检查该表上是否存在意向锁，存在的意向锁是否与自己准备加的锁冲突，如果有冲突，则等待直到事务Ａ释放，而无须逐条记录去检测。事务Ｂ更新表时，其实无须知道到底哪一行被锁了，它只要知道反正有一行被锁了就行了。

说白了意向锁的主要作用是处理行锁和表锁之间的矛盾，能够显示“某个事务正在某一行上持有了锁，或者准备去持有锁”。

读取

innoDB中的数据读取分为锁定读取和非锁定读取。

非锁定读取

非锁定读指的是在读取的时候不需要加任何锁，读写不冲突。对于简单的查询语句select * from table where ？;在离级别READ UNCOMMITTED,READ COMMITTED和REPEATABLE READ下，是非锁定读取。在隔离级别SERIALIZABLE下，是锁定读取，需要获取行锁，此隔离级别效率极低，线上都不会采用。

在读多写少的OLTP系统当中，非锁定读取可以极大提高系统的并发处理能力。innoDB通过多版本的并发控制协议——MVCC (Multi-Version Concurrency Control)来实现非锁定读取，在读取的时候不用等待行上的锁释放，直接去读取行的一个快照数据。流程如下图所示：

对于行上的快照数据，innoDB是通过undo log来实现的，undo log可用于回滚事务，也可以用来实现MVCC功能。一个行上可能不只有一个版本的快照数据，对于事务隔离级别READ COMMITTED和REPEATABLE READ，他们所读取的快照版本是不一样的。在READ COMMITTED下，读取的快照数据总是最新的版本，在REPEATABLE READ下，总是读取事务开始时的行数据。

锁定读取

在某些情况下，为了保证数据的一致性，要先获取行锁，再进行数据读取。如下所示语句都会产生锁定读取：

• select ... lock in share mode; S

• select ... for update; X

• insert into table values (..); 由于插入时需要唯一性检查，所以需要X锁。

• update table set ? where ?; X

• delete from table where ?; X

行锁的算法

• Record Lock：单个行记录上锁。

• Gap Lock：间隙锁，锁定一个范围，不包含记录本身。

• Next-Key Lock：Gap Lock + Record Lock，锁定一个范围，并且锁定记录本身。

Record lock单条索引记录上加锁，Record lock锁住的永远是索引，而非记录本身。索引分为主键索引和非主键索引两种，如果一条 sql 语句操作了主键索引，MySQL就会锁定这条主键索引;如果一条语句操作了非主键索引，MySQL会先锁定该非主键索引，再锁定相关的主键索引。即使该表上没有任何索引，那么innodb会在后台创建一个隐藏的聚集主键索引，那么锁住的就是这个隐藏的聚集主键索引。所以说当一条sql没有走任何索引时，那么将会在每一条聚集索引后面加X锁。

Gap Lock锁定的是索引之间的间隙，并不是记录本身。例如有一个索引有3，5，6,10和20这几个值，他们之前的间隙包括（-∞，3）、（3，5）、（5，6）、（10，20）、（20，+∞），对于Gap Lock锁定就是这几个范围。

InnoDB在不同的隔离级别下使用的锁算法也不同。

READ COMMITTED

对于innoDB的READ COMMITTED隔离级别下,会存在幻象读问题。在该隔离级别下，除了外键约束和唯一性检查依然需要Gap Lock，其余情况均使用Record Lock进行锁定。

REPEATABLE READ

InnoDB在该隔离级别下，没有幻读现象。幻读是指在同一事务下，连续执行两次同样的SQL语句可能导致不同的结果，第二次执行可能返回之前不存在的行。例如对下述语句：select * from table where id > 10 for update; 在事务1查询之后，如果另一个事务2可以插入id大于10的记录，在事务1下次查询的时候也会返回事务2插入的记录，两次的读取结果不一样，这就是幻读。

InnoDB通过Next-key Lock来避免幻读的现象，除了锁住记录本身之外，还要锁住可能涉及到的间隙（Gap）。对于上述例子select * from table where id > 10 for update; 在REPEATABLE READ隔离级别下锁定是(10,+∞)这个范围。

总结

本文主要介绍了InnoDB的锁的类型及RC和RR级别下的加锁情况，希望能给大家带来帮助。