各位MySQL世界的冒险者们，大家好！我是你们的老朋友，今天咱们来聊聊MySQL并发控制的两大利器：Latch和Lock。别看它们名字相似，功能却大相径庭，就像是蝙蝠侠和超人，都是英雄，但解决问题的方式截然不同。
今天我们不讲教科书上的概念，直接深入MySQL源码，看看这俩兄弟到底是怎么工作的，以及它们是如何影响我们数据库的性能。准备好了吗？系好安全带，咱们发车！
第一章：并发控制的必要性：不锁门的世界会怎样？
想象一下，如果你的银行账户没有密码，任何人都可以随便取钱，那会发生什么？同样的，如果数据库没有并发控制机制，多个用户同时修改同一条数据，就会出现数据不一致，甚至数据丢失的情况。
举个例子，假设两个用户同时想给同一个商品增加库存：
- 用户A：读取库存数量为10
- 用户B：读取库存数量为10
- 用户A：将库存数量更新为10 + 5 = 15
- 用户B：将库存数量更新为10 + 3 = 13
结果呢？库存数量应该是18，但数据库里却变成了13！这就是典型的“丢失更新”问题。并发控制的目的就是为了避免这种情况的发生，保证数据的完整性和一致性。
第二章：Latch：轻量级的门卫
Latch，中文可以翻译为“闩锁”，它是MySQL内部使用的一种轻量级的同步机制。它的主要作用是保护共享资源的访问，防止多个线程同时修改同一块内存区域，导致数据损坏。
你可以把Latch想象成你家厨房的门闩。当你正在做饭的时候，你可能会把门闩上，防止别人进来打扰你。做完饭后，你就会把门闩打开，让别人进来。
Latch的特点：
- 轻量级：
Latch的加锁和解锁操作非常快，开销很小。 - 排它性：同一时刻，只有一个线程可以持有
Latch。 - 短暂持有：
Latch的持有时间通常很短，只在访问共享资源的时候持有，访问完成后立即释放。 - 代码级别：
Latch主要用于MySQL内部代码的同步，例如保护Buffer Pool、Redo Log等。
源码剖析：Latch的实现
Latch的实现通常基于原子操作，例如CAS (Compare and Swap) 指令。下面是一个简单的Latch的伪代码：
class Latch {
private:
std::atomic<bool> locked; // 使用原子变量表示锁的状态
public:
Latch() : locked(false) {} // 初始状态为未锁定
void acquire() {
while (locked.exchange(true, std::memory_order_acquire)); // 自旋等待，直到成功获取锁
}
void release() {
locked.store(false, std::memory_order_release); // 释放锁
}
};这段代码使用了一个原子布尔变量locked来表示Latch的状态。acquire()方法会不断尝试将locked设置为true，直到成功为止。release()方法会将locked设置为false，释放Latch。
Latch的应用场景
Latch在MySQL中被广泛使用，例如：
- Buffer Pool的管理：多个线程可能需要访问Buffer Pool中的Page，
Latch可以保证Page的读写安全。 - Redo Log的写入：多个线程可能需要同时写入Redo Log，
Latch可以保证Redo Log的写入顺序。 - 统计信息的更新：多个线程可能需要更新全局的统计信息，
Latch可以保证统计信息的准确性。
Latch的种类
MySQL中有很多种Latch，例如：
- RW_latch：读写锁，允许多个线程同时读取，但只允许一个线程写入。
- Mutex：互斥锁，同一时刻只允许一个线程持有。
| Latch类型 | 说明 | 适用场景 |
|---|---|---|
| RW_latch | 读写锁，允许多个reader并发，writer互斥，读写互斥 | Buffer Pool page读写，数据字典的读取等 |
| Mutex | 互斥锁，同一时刻只有一个线程可以持有 | 保护全局变量，串行化某些操作 |
| Spin Lock | 自旋锁，尝试获取锁时会不断循环检查锁的状态，直到获取锁为止，适用于临界区代码执行时间非常短的场景 | 某些对性能要求极高的场景，例如某些内存操作 |
Latch的监控
我们可以通过SHOW ENGINE INNODB STATUS命令来查看Latch的等待情况。如果发现有大量的线程在等待Latch，说明系统可能存在性能瓶颈。
第三章：Lock：重量级的守卫
Lock，中文可以翻译为“锁”，它是MySQL提供的一种更高级别的并发控制机制。它的主要作用是保护数据库中的数据，防止多个事务同时修改同一条数据，导致数据不一致。
你可以把Lock想象成你家的防盗门。当你出门的时候，你肯定会把门锁上，防止别人进入你家。只有当你回来的时候，你才会把门打开。
Lock的特点：
- 重量级：
Lock的加锁和解锁操作相对较慢，开销较大。 - 多种模式：
Lock有多种模式，例如共享锁（Shared Lock）和排它锁（Exclusive Lock）。 - 事务级别：
Lock主要用于事务的并发控制，保证事务的ACID特性。 - 表级别/行级别：
Lock可以锁定整个表，也可以锁定表中的某一行。
源码剖析：Lock的实现
Lock的实现通常基于锁表（Lock Table）或者行锁（Row Lock）。锁表中记录了每个锁的信息，例如锁的类型、锁定的对象、持有锁的事务等。
下面是一个简化的锁表的结构：
struct LockEntry {
enum LockType {
SHARED, // 共享锁
EXCLUSIVE // 排它锁
} type;
uint64_t object_id; // 锁定的对象ID，例如表ID或行ID
uint64_t transaction_id; // 持有锁的事务ID
// ... 其他信息
};
std::vector<LockEntry> lock_table; // 锁表当一个事务需要获取锁时，它会首先检查锁表中是否存在与要锁定的对象冲突的锁。如果存在冲突的锁，事务就会进入等待状态。当持有锁的事务释放锁时，等待的事务就会被唤醒，尝试获取锁。
Lock的应用场景
Lock在MySQL中被广泛使用，例如：
- SELECT … FOR UPDATE：锁定查询结果，防止其他事务修改这些数据。
- UPDATE：自动锁定要更新的行，防止其他事务同时修改这些行。
- INSERT：自动锁定要插入的行，防止其他事务插入相同的数据。
Lock的种类
MySQL中有很多种Lock，例如：
- 表锁（Table Lock）：锁定整个表，开销较小，但并发度较低。
- 行锁（Row Lock）：锁定表中的某一行，并发度较高，但开销较大。
- 间隙锁（Gap Lock）：锁定索引记录之间的间隙，防止其他事务插入新的记录，保证幻读不会发生。
- 意向锁（Intention Lock）：表明一个事务想要在某个表上加锁，分为意向共享锁（IS）和意向排它锁（IX）。
| Lock类型 | 说明 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 表锁 | 锁定整个表，MyISAM引擎常用，InnoDB也支持 | 全表扫描，数据备份等 |
| 行锁 | 锁定表中的某一行，InnoDB引擎支持 | 精确更新或删除特定行 |
| 间隙锁 | 锁定索引记录之间的间隙，防止幻读 | 防止其他事务插入新记录，保证一致性 |
| 意向锁 | 表明事务意图，分为意向共享锁（IS）和意向排它锁（IX），用于支持更细粒度的锁 | 支持表级锁和行级锁同时存在，提高并发度 |
Lock的监控
我们可以通过SHOW ENGINE INNODB STATUS命令来查看Lock的等待情况。如果发现有大量的事务在等待Lock，说明系统可能存在死锁或者锁竞争激烈。
第四章：Latch vs Lock：蝙蝠侠 vs 超人
现在，让我们来对比一下Latch和Lock：
| 特性 | Latch | Lock |
|---|---|---|
| 级别 | 代码级别 | 事务级别 |
| 粒度 | 内存区域 | 数据表/行 |
| 开销 | 低 | 高 |
| 持有时间 | 短 | 长 |
| 主要目的 | 保护内部数据结构 | 保证事务的ACID特性 |
| 典型应用 | Buffer Pool管理，Redo Log | UPDATE, SELECT FOR UPDATE |
总的来说，Latch是轻量级的门卫，主要用于保护MySQL内部的数据结构，防止并发访问导致的数据损坏。Lock是重量级的守卫，主要用于保护数据库中的数据，防止多个事务同时修改同一条数据，导致数据不一致。
你可以把Latch想象成蝙蝠侠，他身手敏捷，行动迅速，主要在城市内部维护治安。Lock就像超人，他力量强大，无所不能，主要负责保护整个地球。
第五章：死锁：当锁遇到对手
死锁是指两个或多个事务互相等待对方释放锁，导致所有事务都无法继续执行的情况。
想象一下，两个人在狭窄的过道里相遇，谁也不肯让路，结果谁也过不去。这就是死锁。
死锁的例子
事务A：
START TRANSACTION;
UPDATE table1 SET col1 = 1 WHERE id = 1;
UPDATE table2 SET col2 = 2 WHERE id = 2;
COMMIT;事务B：
START TRANSACTION;
UPDATE table2 SET col2 = 2 WHERE id = 2;
UPDATE table1 SET col1 = 1 WHERE id = 1;
COMMIT;如果事务A先获取了table1的行锁，然后尝试获取table2的行锁。同时，事务B先获取了table2的行锁，然后尝试获取table1的行锁。这时，两个事务就会互相等待对方释放锁，导致死锁。
死锁的检测和解决
MySQL会自动检测死锁，并选择一个事务进行回滚，释放锁，让其他事务继续执行。
我们可以通过SHOW ENGINE INNODB STATUS命令来查看死锁的信息。
避免死锁的建议
- 尽量保持事务的短小：事务越短，持有锁的时间就越短，死锁的概率就越低。
- 按照固定的顺序访问资源：如果所有事务都按照相同的顺序访问资源，就可以避免死锁。
- 使用较低的隔离级别：较低的隔离级别可以减少锁的竞争，降低死锁的概率。
- 设置锁的超时时间：如果事务等待锁的时间超过了超时时间，就会自动回滚，释放锁。
第六章：总结与思考
今天我们深入了解了MySQL并发控制的两大利器：Latch和Lock。Latch是轻量级的门卫，用于保护内部数据结构；Lock是重量级的守卫，用于保护数据库中的数据。了解它们的原理和应用场景，可以帮助我们更好地理解MySQL的并发控制机制，优化数据库性能，避免死锁等问题。
最后，留给大家一个思考题：在什么情况下，使用Latch比使用Lock更好？
希望今天的讲座对大家有所帮助。下次再见！