本文主要是帶大家快速了解 InnoDB 中鎖相關(guān)的知識

基礎(chǔ)概念解析和RocketMQ詳細的源碼解析

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為什么需要加鎖

首先，為什么要加鎖？我想我不用多說了，想象接下來的場景你就能 GET 了。

你在商場的衛(wèi)生間上廁所，此時你一定會做的操作是啥？鎖門。如果不鎖門，上廁所上著上著，啪一下門就被打開了，可能大概也許似乎貌似有那么一丁點的不太合適。

數(shù)據(jù)也是一樣，在并發(fā)的場景下，如果不對數(shù)據(jù)加鎖，會直接破壞數(shù)據(jù)的一致性，并且如果你的業(yè)務(wù)涉及到錢，那后果就更嚴重了。

鎖門表情包

鎖的分類

在 InnoDB 中，都有哪些鎖？其實你應(yīng)該已經(jīng)知道了很多了，例如面試中會問你存儲引擎 MyISAM 和 InnoDB 的區(qū)別，你會說 MyIASM 只有表鎖，但是 InnoDB 同時支持行鎖和表鎖。你可能還會被問到樂觀鎖和悲觀鎖的區(qū)別是啥。

鎖的概念、名詞很多，如果你沒有對鎖構(gòu)建出一個完整的世界觀，那么你理解起來就會比較有阻礙，接下來我們把這些鎖給分一下類。

按照鎖的粒度

按照鎖的粒度進行劃分可以分為：

• 表鎖
• 行鎖

這里就不討論頁鎖了，頁鎖是 BDB（BerkeleyDB） 存儲引擎中才有的概念，我們這里主要討論 InnoDB 存儲引擎。

按照鎖的思想

按照加鎖的思想可以分為：

• 悲觀鎖
• 樂觀鎖

這里的悲觀、樂觀和你平時理解的名詞是同一個意思。樂觀鎖認為大概率不會發(fā)生沖突，只在必要的時候加鎖。而悲觀鎖認為大概率會沖突，所以無論是否必要加鎖都會執(zhí)行加鎖操作。

按照兼容性

按照兼容性可以把鎖劃分為：

• 共享鎖
• 排他鎖

被加上共享鎖的資源，能夠和其他人進行共享，而如果被加上了排他鎖，其他人在拿不到這把鎖的情況下是無法進行任何操作的。

按照鎖的實現(xiàn)

這里的實現(xiàn)就是 InnoDB 中具體的鎖的種類了，分別有：

• 意向鎖（Intention Locks）
• 記錄鎖（Record Locks）
• 間隙鎖（Gap Locks）
• 臨鍵鎖（Next-Key Locks）
• 插入意向鎖（Insert Intention Locks）
• 自增鎖（AUTO-INC Locks）

即使按照這種分類來對鎖進行了劃分，看到了這么多的鎖的名詞可能仍然會有點懵。比如我SELECT ... FOR UPDATE 的時候到底加的是什么鎖？

我們應(yīng)該透過現(xiàn)象看本質(zhì)，本質(zhì)是什么？本質(zhì)是鎖到底加在了什么對象上，而這個很好回答：

• 加在了表上
• 加在了行上

而對于加在行上的鎖，其本質(zhì)又是什么？本質(zhì)是將鎖加在了索引上。

意向鎖

在 InnoDB 中支持了不同粒度的鎖，行鎖和表鎖。例如lock tables命令就會持有對應(yīng)表的排他鎖。為了使多種不同粒度的鎖更實用，InnoDB 設(shè)計了意向鎖。

意向鎖是一種表級鎖，它表明了接下來的事務(wù)中，會使用哪種類型的鎖，它有以下兩種類型：

• 共享意向鎖（IS） 表明該事務(wù)會打算對表中的記錄加共享鎖
• 獨占意向鎖（IX） 則是加排他鎖

例如，select ... for share就是加的共享意向鎖，而SELECT .. FOR UPDATE則是加的獨占意向鎖。其規(guī)則如下：

• 一個事務(wù)如果想要獲取某張表中某行的共享鎖，它必須先獲取該表的共享意向鎖，或者獨占意向鎖。
• 同理，如果想獲取排他鎖，它必須先獲取獨占意向鎖

下圖是這幾種鎖的組合下相互互斥、兼容的情況

對照上面的表，在相互兼容的情況下，對應(yīng)的事務(wù)就能獲取鎖，但是如果不兼容則無法獲取鎖，直到不兼容的鎖釋放之后才能獲取。

看到這里你可能就會有問題了，那既然意向鎖除了 LOCK TBALES 之外什么都不阻塞。那我要它何用？

還是通過例子，假設(shè)事務(wù) A 獲取了 student 表中 id = 100 這行的共享鎖，之后事務(wù) B 需要申請 student 表的排他鎖。而這兩把鎖明顯是沖突的，而且還是對于同一行。

那 InnoDB 需要如何感知 A 獲取了這把鎖？遍歷整個 B+ 樹嗎？不，答案就是意向鎖。事務(wù) B 申請寫表的排他鎖時，InnoDB 會發(fā)現(xiàn)事務(wù) A 已經(jīng)獲取了該表的意向共享鎖，說明 student 表中已經(jīng)有記錄被共享鎖鎖住了。此時就會阻塞住。

并且，意向鎖除了像LOCK TABLES這種操作之外，不會阻塞其他任何操作。換句話說，意向鎖只會和表級別的鎖之間發(fā)生沖突，而不會和行級鎖發(fā)生沖突。因為意向鎖的主要目的是為了表明有人即將、或者正在鎖定某一行。

就像你去圖書館找書，你并不需要每個書架挨著挨著找，直接去服務(wù)臺用電腦一搜，就知道圖書館有沒有這本書。

記錄鎖

這就是記錄鎖，是行鎖的一種。記錄鎖的鎖定對象是對應(yīng)那行數(shù)據(jù)所對應(yīng)的索引。對索引不太清楚的可以看看這篇文章。

當我們執(zhí)行SELECT * FROM student WHERE id = 1 FOR UPDATE語句時，就會對值為1的索引加上記錄鎖。至于要是一張表里沒有索引該怎么辦？這個問題在上面提到的文章中也解釋過了，當一張表沒有定義主鍵時，InnoDB 會創(chuàng)建一個隱藏的RowID，并以此 RowID 來創(chuàng)建聚簇索引。后續(xù)的記錄鎖也會加到這個隱藏的聚簇索引上。

當我們開啟一個事務(wù)去更新 id = 1 這行數(shù)據(jù)時，如果我們不馬上提交事務(wù)，然后再啟一個事務(wù)去更新 id = 1 的行，此時使用 show engine innodb status查看，我們可以看到lock_mode X locks rec but not gap waiting的字樣。

X是排他鎖的意思，從這可以看出來，記錄鎖其實也可以分為共享鎖、排他鎖模式。當我們使用FOR UPDATE是排他，而使用LOCK IN SHARE MODE 則是共享。

而在上面字樣中出現(xiàn)的 gap 就是另一種行鎖的實現(xiàn)間隙鎖。

間隙鎖

對于間隙鎖（Gap Locks）而言，其鎖定的對象也是索引。為了更好的了解間隙鎖，我們舉個例子。

SELECT name FROM student WHERE age BETWEEN 18 AND 25 FOR UPDATE

假設(shè)我們?yōu)?age 建立了非聚簇索引，運行該語句會阻止其他事務(wù)向 student 表中新增 18-25 的數(shù)據(jù)，無論表中是否真的有 age 為 18-25 的數(shù)據(jù)。因為間隙鎖的本質(zhì)是鎖住了索引上的一個范圍，而 InnoDB 中索引在底層的B+樹上的存儲是有序的。

再舉個例子:

SELECT * FROM student WHERE age = 10 FOR UPDATE;

值得注意的是，這里的 age 不是唯一索引，就是一個簡單的非聚簇索引。此時會給 age = 10 的數(shù)據(jù)加上記錄鎖，并且鎖定 age < 10 的 Gap。如果當前這個事務(wù)不提交，其他事務(wù)如果要插入一條 age < 10 的數(shù)據(jù)時，會被阻塞住。

間隙鎖是 MySQL 在對性能、并發(fā)綜合考慮之下的一種折中的解決方案，并且只在**可重復(fù)讀（RR）下可用，如果當前事務(wù)的隔離級別為讀已提交（RC）**時，MySQL會將間隙鎖禁用。

剛剛說了，記錄鎖分為共享、排他，間隙鎖其實也一樣。但是不同于記錄鎖的一點，共享間隙鎖、排他間隙鎖相互不互斥，這是怎么回事？

我們還是需要透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，間隙鎖的目的是什么？

為了防止其他事務(wù)在 Gap 中插入數(shù)據(jù)

那共享、排他間隙鎖在這個目標上是一致的，所以是可以同時存在的。

臨鍵鎖

臨鍵鎖（Next-Key Locks）是 InnoDB 最后一種行鎖的實現(xiàn)，臨鍵鎖實際上是記錄鎖和間隙鎖的組合。換句話說，臨鍵鎖會給對應(yīng)的索引加上記錄鎖，并且外加鎖定一個區(qū)間。

但是并不是所有臨鍵鎖都是這么玩的，對于下面的SQL:

SELECT * FROM student WHERE id = 23;

在這種情況下，id是主鍵，唯一索引，無論其他事務(wù)插入了多少數(shù)據(jù)，id = 23這條數(shù)據(jù)永遠也只有一條。此時再加一個間隙鎖就完全沒有必要了，反而會降低并發(fā)。所以，在使用的索引是唯一索引的時候，臨鍵鎖會降級為記錄鎖。

假設(shè)我們有10，20，30總共3條索引數(shù)據(jù)。那么對應(yīng)臨鍵鎖來說，可能鎖定的區(qū)間就會如下：

• (∞, 10]
• (10, 20]
• (20, 30]
• (30, ∞)

InnoDB 的默認事務(wù)隔離級別為可重復(fù)讀（RR），在這個情況下，InnoDB 就會使用臨鍵鎖，以防止幻讀的出現(xiàn)。

簡單解釋一下幻讀，就是在事務(wù)內(nèi)，你執(zhí)行了兩次查詢，第一次查詢出來 5 條數(shù)據(jù)，但是第二次再查，居然查出了 7 條數(shù)據(jù)，這就是幻讀。

可能你在之前的很多博客，或者面試八股文上，了解到過 InnoDB 的RR事務(wù)隔離級別可以防止幻讀，RR防止幻讀的關(guān)鍵就是臨鍵鎖。

舉個例子，假設(shè) student 表中就兩行數(shù)據(jù)，id分別為90和110.

SELECT * FROM student WHERE id > 100 FOR UPDATE;

當執(zhí)行該 SQL 語句之后，InnoDB就會給區(qū)間 (90, 110] 和（110,∞) 加上間隙鎖，同時給 id=110 的索引加上記錄鎖。這樣以來，其他事務(wù)就無法向這個區(qū)間內(nèi)新增數(shù)據(jù)，即使 100 根本不存在。

插入意向鎖

接下來是插入意向鎖（Insert Intention Locks），當我們執(zhí)行 INSERT 語句之前會加的鎖。本質(zhì)上是間隙鎖的一種。

還是舉個例子，假設(shè)我們現(xiàn)在有索引記錄10、20，事務(wù)A、B分別插入索引值為14、16的數(shù)據(jù)，此時事務(wù)A和B都會用插入意向鎖鎖住 10-20 之間的 Gap，獲取了插入意向鎖之后就會獲取14、16的排他鎖。

此時事務(wù)A和B是不會相互阻塞的，因為他們插入的是不同的行。

自增鎖

最后是自增鎖（AUTO-INC Locks），自增鎖的本質(zhì)是表鎖，較為特殊。當事務(wù) A 向包含了 AUTO_INCREMENT 列的表中新增數(shù)據(jù)時，就會持有自增鎖。而此時其他的事務(wù) B 則必須要等待，以保證事務(wù) A 取得連續(xù)的自增值，中間不會有斷層。

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