MySQL高级讲座篇之：共享锁与排他锁的博弈：在并发读写场景下的锁粒度控制。

各位观众老爷，大家好！我是今天的主讲人，咱们今天聊聊MySQL里那些“锁”事儿，特别是共享锁和排他锁这哥俩，在并发读写这个热闹的舞台上，如何控制“锁”的粒度，让我们的数据库既能高效运转，又能保证数据的一致性。

开场白：数据库里的“秩序维护员”

在多用户、高并发的数据库环境中，就像一个熙熙攘攘的大商场，每个人都想买东西（读数据）或者更新商品信息（写数据）。如果没有人维持秩序，那就会乱成一锅粥，轻则商品信息出错，重则整个系统崩溃。

这时候，锁就闪亮登场了！它们就像商场里的保安，负责维持秩序，确保每个顾客（并发事务）能够安全、有序地访问数据。

第一幕：共享锁（Shared Lock）——“大家一起看，但别动手！”

• 定义： 共享锁，又名读锁，顾名思义，允许多个事务同时读取同一份数据，但不允许任何事务修改这份数据。

• 场景： 适用于读操作远大于写操作的场景。例如，商品详情页的浏览，新闻的阅读等等。

• 语法：

  -- 显式加共享锁
  SELECT * FROM products WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;
  
  --隐式加共享锁(有些情况下，MySQL会自动加锁，但具体情况取决于事务隔离级别和SQL语句)
  SELECT * FROM products WHERE id = 1; -- 在某些隔离级别下，可能会有短暂的共享锁。

• 特性：

  • 多个事务可以同时持有同一个数据的共享锁。
  • 如果某个事务持有数据的共享锁，其他事务可以继续获得该数据的共享锁。
  • 如果某个事务持有数据的共享锁，其他事务不能获得该数据的排他锁。

• 案例： 假设多个用户同时浏览同一件商品。

  -- 用户A执行：
  START TRANSACTION;
  SELECT * FROM products WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;
  -- 用户A浏览商品信息
  -- ...
  COMMIT;
  
  -- 用户B同时执行：
  START TRANSACTION;
  SELECT * FROM products WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;
  -- 用户B浏览商品信息
  -- ...
  COMMIT;
  
  -- 用户C尝试更新商品信息（会被阻塞）：
  START TRANSACTION;
  UPDATE products SET price = 100 WHERE id = 1; -- 等待用户A和用户B释放共享锁
  COMMIT;

  在这个例子中，用户A和用户B可以同时浏览商品信息，因为他们都只是在读取数据，不会造成冲突。但是，用户C想要修改商品价格，就必须等到用户A和用户B都释放了共享锁之后才能进行。

• 表格总结：

特性	共享锁 (Shared Lock)
读操作	允许并发读
写操作	阻塞
其他事务加共享锁	允许
其他事务加排他锁	阻塞

第二幕：排他锁（Exclusive Lock）——“闲人免进，我要独占！”

• 定义： 排他锁，又名写锁，顾名思义，只允许一个事务独占地访问数据，其他任何事务都不能读取或修改这份数据。

• 场景： 适用于写操作频繁，需要保证数据一致性的场景。例如，银行转账，商品库存更新等等。

• 语法：

  -- 显式加排他锁
  SELECT * FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE;
  
  --隐式加排他锁
  UPDATE products SET price = 100 WHERE id = 1; -- UPDATE会自动对涉及的行加排他锁
  DELETE FROM products WHERE id = 1;   -- DELETE也会自动对涉及的行加排他锁
  INSERT INTO products (id, name, price) VALUES (1, 'Test Product', 99.99); --INSERT 操作不直接加锁，但可能会导致锁升级或者与其他锁冲突。

• 特性：

  • 同一时刻，只有一个事务可以持有数据的排他锁。
  • 如果某个事务持有数据的排他锁，其他事务不能获得该数据的任何锁（包括共享锁和排他锁）。

• 案例： 假设用户更新商品库存。

  -- 用户A执行：
  START TRANSACTION;
  SELECT * FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE;
  -- 检查库存
  IF (库存 > 0) THEN
      UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 1;
      -- 更新库存
      COMMIT;
  ELSE
      ROLLBACK;
      -- 库存不足，回滚
  END IF;
  
  -- 用户B同时执行（会被阻塞）：
  START TRANSACTION;
  SELECT * FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE; -- 等待用户A释放排他锁
  -- 检查库存
  IF (库存 > 0) THEN
      UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 1;
      -- 更新库存
      COMMIT;
  ELSE
      ROLLBACK;
      -- 库存不足，回滚
  END IF;

  在这个例子中，用户A首先获得了商品id为1的排他锁，它可以独占地读取和修改该商品的库存信息。用户B尝试获取相同的排他锁时，会被阻塞，直到用户A释放锁之后才能继续执行。这样就保证了库存更新的原子性，避免了超卖的问题。

• 表格总结：

特性	排他锁 (Exclusive Lock)
读操作	阻塞
写操作	独占
其他事务加共享锁	阻塞
其他事务加排他锁	阻塞

第三幕：锁的粒度——“大刀阔斧”还是“精耕细作”？

锁的粒度指的是锁定的数据范围。锁的粒度越小，并发性越高，但锁管理的开销也越大；锁的粒度越大，并发性越低，但锁管理的开销也越小。

MySQL中，常见的锁粒度有以下几种：

• 表锁（Table Lock）： 锁定整张表。

  • 优点： 开销小，实现简单。
  • 缺点： 并发性低，影响性能。
  • 适用场景： 读多写少，且数据量小的表，或者需要批量更新整张表的场景。

  • 用法：

    LOCK TABLE products WRITE; -- 排他锁，阻塞其他事务读写 products 表
    UNLOCK TABLES;

    LOCK TABLE products READ; -- 共享锁，允许其他事务读 products 表，阻塞其他事务写 products 表
    UNLOCK TABLES;

• 行锁（Row Lock）： 锁定表中的一行数据。

  • 优点： 并发性高，只影响锁定的行。
  • 缺点： 开销大，实现复杂。
  • 适用场景： 写操作频繁，需要保证数据一致性的场景。
  • 用法： MySQL的InnoDB存储引擎支持行锁，通常通过FOR UPDATE或LOCK IN SHARE MODE语句实现。

  • 例子:

    START TRANSACTION;
    SELECT * FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE; -- 对 id=1 的行加排他锁
    UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 1;
    COMMIT;

• 页锁（Page Lock）： 锁定表中的一页数据。

  • 特点： 介于表锁和行锁之间，开销和并发性也介于两者之间。
  • 适用场景： 通常由存储引擎自动管理，开发者无需显式控制。

锁的粒度选择原则：

• 并发性要求高： 优先选择行锁，牺牲部分性能，换取更高的并发能力。
• 并发性要求不高： 可以选择表锁，降低锁管理的开销。
• 读多写少： 优先选择共享锁，允许多个事务同时读取数据。
• 写多读少： 优先选择排他锁，保证数据的一致性。

案例分析：电商秒杀系统

假设我们正在设计一个电商秒杀系统，需要保证商品的库存不能超卖。

• 方案一：表锁

  -- 秒杀逻辑
  START TRANSACTION;
  LOCK TABLE products WRITE; -- 对 products 表加排他锁
  SELECT stock FROM products WHERE id = 1;
  IF (stock > 0) THEN
      UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 1;
      COMMIT;
  ELSE
      ROLLBACK;
  END IF;
  UNLOCK TABLES;

  这个方案简单粗暴，直接对整张products表加排他锁，保证了库存更新的原子性。但是，并发性极低，同一时刻只能有一个用户秒杀成功，其他用户只能等待。

• 方案二：行锁

  -- 秒杀逻辑
  START TRANSACTION;
  SELECT stock FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE; -- 对 id=1 的行加排他锁
  IF (stock > 0) THEN
      UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 1;
      COMMIT;
  ELSE
      ROLLBACK;
  END IF;

  这个方案使用行锁，只锁定需要更新的商品行，并发性更高。多个用户可以同时尝试秒杀不同的商品，提高了系统的吞吐量。但是，如果多个用户同时秒杀同一个商品，仍然会存在锁竞争，需要优化SQL语句和调整数据库参数来提高性能。

• 方案三：乐观锁

  乐观锁并不是真正的锁，而是一种基于版本号控制并发的机制。

  1. 在products表中增加一个version字段，用于记录数据的版本号。
  2. 在更新数据时，先读取数据的版本号，然后在UPDATE语句中增加WHERE条件，只有当版本号没有被修改时才更新数据。

  -- 秒杀逻辑
  START TRANSACTION;
  SELECT stock, version FROM products WHERE id = 1;
  IF (stock > 0) THEN
      UPDATE products SET stock = stock - 1, version = version + 1 WHERE id = 1 AND version = old_version;
      IF (ROW_COUNT() > 0) THEN
          COMMIT;
      ELSE
          ROLLBACK;
      END IF;
  ELSE
      ROLLBACK;
  END IF;

  这个方案避免了锁的竞争，提高了并发性。但是，如果并发冲突很高，会导致大量的事务回滚，需要根据实际情况调整重试机制。

第四幕：死锁——“剪不断，理还乱”

• 定义： 死锁是指两个或多个事务互相持有对方需要的锁，导致所有事务都无法继续执行的状态。

• 案例：

  -- 事务A：
  START TRANSACTION;
  SELECT * FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE;
  SELECT * FROM orders WHERE product_id = 1 FOR UPDATE;
  COMMIT;
  
  -- 事务B：
  START TRANSACTION;
  SELECT * FROM orders WHERE product_id = 1 FOR UPDATE;
  SELECT * FROM products WHERE id = 1 FOR UPDATE;
  COMMIT;

  在这个例子中，事务A首先获取了products表中id为1的行的排他锁，然后尝试获取orders表中product_id为1的行的排他锁。同时，事务B首先获取了orders表中product_id为1的行的排他锁，然后尝试获取products表中id为1的行的排他锁。

  如果事务A和事务B同时执行，就可能发生死锁。事务A等待事务B释放orders表的锁，而事务B等待事务A释放products表的锁，互相等待，导致所有事务都无法继续执行。

• 如何避免死锁：

  • 保持事务的短小： 尽量减少事务的持有锁的时间。
  • 按照固定的顺序访问资源： 避免循环依赖。
  • 使用LOCK WAIT TIMEOUT： 设置锁等待超时时间，避免长时间的等待。
  • 使用死锁检测机制： MySQL会自动检测死锁，并回滚其中一个事务。

第五幕：总结与展望

今天我们一起探讨了MySQL中共享锁和排他锁的原理、使用场景以及锁粒度的选择。锁是数据库并发控制的重要手段，合理地使用锁可以保证数据的一致性，提高系统的并发能力。

在实际应用中，我们需要根据具体的业务场景和数据特点，选择合适的锁类型和锁粒度，并采取有效的措施来避免死锁。

希望今天的分享能够帮助大家更好地理解MySQL的锁机制，并在实际工作中灵活运用。

感谢大家的收听！

额外补充：

• InnoDB的间隙锁（Gap Lock）： InnoDB存储引擎还支持间隙锁，用于防止幻读。
• Next-Key Lock： 是行锁和间隙锁的组合，既锁定记录本身，也锁定记录之前的间隙。
• 自旋锁（Spin Lock）： 是一种忙等待的锁，适用于锁竞争不激烈的场景。
• 悲观锁和乐观锁： 两种不同的并发控制策略，悲观锁认为并发冲突一定会发生，因此在访问数据之前就加锁；乐观锁认为并发冲突发生的概率很小，因此在更新数据时才检查版本号。

掌握这些锁的知识，你才能在MySQL的世界里游刃有余，成为真正的数据库高手！