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事务和锁

MySQL事务篇​

事务是什么？​

事务是一系列的数据库操作，是数据库应用的基本单位。MySQL 事务主要用于处理操作量大，复杂度高的数据。

事务有哪些特性？​

在 MySQL 中只有 InnDB 引擎支持事务，它的四个特性如下：

  • 原子性（Atomic）：要么全部执行，要么全部不执行；
  • 一致性（Consistency）：事务的执行使得数据库从一种正确状态转化为另一种正确状态；
  • 隔离性（Isolation）：在事务正确提交之前，不允许把该事务对数据的任何改变提供给其他事务；
  • 持久性（Durability）：事务提交后，其结果永久保存在数据库中。

MySQL 中有几种事务隔离级别？分别是什么？​

MySQL 中有四种事务隔离级别，它们分别是：

  • read uncommited：未提交读，读到未提交数据；
  • read committed：读已提交，也叫不可重复读，两次读取到的数据不一致；
  • repetable read：可重复读；
  • serializable：串行化，读写数据都会锁住整张表，数据操作不会出错，但并发性能极低，开发中很少用到。

MySQL 默认使用 REPEATABLE-READ 的事务隔离级别。

幻读和不可重复读的区别？​

  • 不可重复读的重点是修改：在同一事务中，同样的条件，第一次读的数据和第二次读的数据不一样。（因为中间有其他事务提交了修改）。
  • 幻读的重点在于新增或者删除：在同一事务中，同样的条件,，第一次和第二次读出来的记录数不一样。（因为中间有其他事务提交了插入/删除）。

并发事务一般有哪些问题？​

  • 更新丢失（Lost Update）：当两个或多个事务选择同一行，然后基于最初选定的值更新该行时，由于每个事务都不知道其他事务的存在，就会发生丢失更新问题，最后的更新覆盖了由其他事务所做的更新。例如，两个编辑人员制作了同一文档的电子副本，每个编辑人员独立地更改其副本，然后保存更改后的副本，这样就覆盖了原始文档。 最后保存其更改副本的编辑人员覆盖另一个编辑人员所做的更改，如果在前一个编辑人员完成并提交事务之前，另一个编辑人员不能访问同一文件，则可避免此问题。
  • 脏读（Dirty Reads）：一个事务正在对一条记录做修改，在这个事务完成并提交前， 这条记录的数据就处于不一致状态； 这时， 另一个事务也来读取同一条记录，如果不加控制，第二个事务读取了这些脏数据，并据此做进一步的处理，就会产生未提交的数据依赖关系，这种现象被形象地叫做脏读。
  • 不可重复读（Non-Repeatable Reads）：一个事务在读取某些数据后的某个时间，再次读取以前读过的数据，却发现其读出的数据已经发生了改变、或某些记录已经被删除了！这种现象就叫做“不可重复读” 。
  • 幻读（Phantom Reads）： 一个事务按相同的查询条件重新读取以前检索过的数据，却发现其他事务插入了满足其查询条件的新数据，这种现象就称为“幻读” 。

并发事务有什么什么问题？应该如何解决？​

并发事务可能造成：脏读、不可重复读和幻读等问题 ，这些问题其实都是数据库读一致性问题，必须由数据库提供一定的事务隔离机制来解决，解决方案如下：

  • 加锁：在读取数据前，对其加锁，阻止其他事务对数据进行修改。
  • 提供数据多版本并发控制（MultiVersion Concurrency Control，简称 MVCC 或 MCC），也称为多版本数据库：不用加任何锁， 通过一定机制生成一个数据请求时间点的一致性数据快照（Snapshot)， 并用这个快照来提供一定级别 （语句级或事务级） 的一致性读取，从用户的角度来看，好象是数据库可以提供同一数据的多个版本。

什么是 MVCC？​

MVCC 全称是多版本并发控制系统，InnoDB 和 Falcon 存储引擎通过多版本并发控制（MVCC，Multiversion Concurrency Control）机制解决幻读问题。

MVCC 是怎么工作的？​

InnoDB 的 MVCC 是通过在每行记录后面保存两个隐藏的列来实现，这两个列一个保存了行的创建时间，一个保存行的过期时间（删除时间）。当然存储的并不是真实的时间而是系统版本号（system version number）。每开始一个新的事务，系统版本号都会自动新增，事务开始时刻的系统版本号会作为事务的版本号，用来查询到每行记录的版本号进行比较。

REPEATABLE READ（可重读）隔离级别下 MVCC 如何工作？​

  • SELECT：InnoDB 会根据以下条件检查每一行记录：第一，InnoDB 只查找版本早于当前事务版本的数据行，这样可以确保事务读取的行要么是在开始事务之前已经存在要么是事务自身插入或者修改过的。第二，行的删除版本号要么未定义，要么大于当前事务版本号，这样可以确保事务读取到的行在事务开始之前未被删除。
  • INSERT：InnoDB 为新插入的每一行保存当前系统版本号作为行版本号。
  • DELETE：InnoDB 为删除的每一行保存当前系统版本号作为行删除标识。
  • UPDATE：InnoDB 为插入的一行新纪录保存当前系统版本号作为行版本号，同时保存当前系统版本号到原来的行作为删除标识保存这两个版本号，使大多数操作都不用加锁。它不足之处是每行记录都需要额外的存储空间，需要做更多的行检查工作和一些额外的维护工作。

MySQL 事务实现原理是什么？​

事务的实现是基于数据库的存储引擎，不同的存储引擎对事务的支持程度不一样。MySQL 中支持事务的存储引擎有InnoDB 和 NDB。 InnoDB 是高版本 MySQL 的默认的存储引擎，因此就以 InnoDB 的事务实现为例，InnoDB 是通过多版本并发控制（MVCC，Multiversion Concurrency Control ）解决不可重复读问题，加上间隙锁（也就是并发控制）解决幻读问题。因此 InnoDB 的 RR 隔离级别其实实现了串行化级别的效果，而且保留了比较好的并发性能。事务的隔离性是通过锁实现，而事务的原子性、一致性和持久性则是通过事务日志实现。

如何设置 MySQL 的事务隔离级别？​

MySQL 事务隔离级别 MySQL.cnf 文件里设置的（默认目录 /etc/my.cnf），在文件的文末添加配置：

transaction-isolation = REPEATABLE-READ

可用的配置值：READ-UNCOMMITTED、READ-COMMITTED、REPEATABLE-READ、SERIALIZABLE。

InnoDB 默认的事务隔离级别是什么？如何修改？​

InnoDB 默认的事务隔离是 repetable read（可重复读）；可以通过 set 作用域 transaction isolation level 事务隔离级别 来修改事务的隔离级别，比如：

MySQL> set global transaction isolation level read committed; // 设置全局事务隔离级别为 read committed MySQL> set session transaction isolation level read committed; // 设置当前会话事务隔离级别为 read committed

InnoDB 如何开启手动提交事务？​

InnoDB 默认是自动提交事务的，每一次 SQL 操作（非 select 操作）都会自动提交一个事务，如果要手动开启事务需要设置 set autocommit=0 禁止自动提交事务，相当于开启手动提交事务。

在 InnoDB 中设置了 autocommit=0，添加一条信息之后没有手动执行提交操作，请问这条信息可以被查到吗？​

autocommit=0 表示禁止自动事务提交，在添加操作之后没有进行手动提交，默认情况下其他连接客户端是查询不到此条新增数据的。

如何手动操作事务？​

使用 begin 开启事务；rollback 回滚事务；commit 提交事务。具体使用示例如下：

begin;
insert person(uname,age) values('laowang',18);
rollback;
commit;

MySQL锁篇​

什么是锁？MySQL 中提供了几类锁？​

锁是实现数据库并发控制的重要手段，可以保证数据库在多人同时操作时能够正常运行。MySQL 提供了全局锁、行级锁、表级锁。其中 InnoDB 支持表级锁和行级锁，MyISAM 只支持表级锁。

什么是死锁？​

是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的过程称为死锁。

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的过程称为死锁。

常见的死锁案例有哪些？​

  • 将投资的钱拆封几份借给借款人，这时处理业务逻辑就要把若干个借款人一起锁住 select * from xxx where id in (xx,xx,xx) for update。
  • 批量入库，存在则更新，不存在则插入。解决方法 insert into tab(xx,xx) on duplicate key update xx='xx'。

如何处理死锁？​

对待死锁常见的两种策略：

  • 通过 innodblockwait_timeout 来设置超时时间，一直等待直到超时；
  • 发起死锁检测，发现死锁之后，主动回滚死锁中的某一个事务，让其它事务继续执行。

如何查看死锁？​

  • 使用命令 show engine innodb status 查看最近的一次死锁。
  • InnoDB Lock Monitor 打开锁监控，每 15s 输出一次日志。使用完毕后建议关闭，否则会影响数据库性能。

如何避免死锁？​

  • 为了在单个 InnoDB 表上执行多个并发写入操作时避免死锁，可以在事务开始时通过为预期要修改的每个元祖（行）使用 SELECT … FOR UPDATE 语句来获取必要的锁，即使这些行的更改语句是在之后才执行的。
  • 在事务中，如果要更新记录，应该直接申请足够级别的锁，即排他锁，而不应先申请共享锁、更新时再申请排他锁，因为这时候当用户再申请排他锁时，其他事务可能又已经获得了相同记录的共享锁，从而造成锁冲突，甚至死锁
  • 如果事务需要修改或锁定多个表，则应在每个事务中以相同的顺序使用加锁语句。在应用中，如果不同的程序会并发存取多个表，应尽量约定以相同的顺序来访问表，这样可以大大降低产生死锁的机会
  • 通过 SELECT … LOCK IN SHARE MODE 获取行的读锁后，如果当前事务再需要对该记录进行更新操作，则很有可能造成死锁。
  • 改变事务隔离级别。

InnoDB 默认是如何对待死锁的？​

InnoDB 默认是使用设置死锁时间来让死锁超时的策略，默认 innodblockwait_timeout 设置的时长是 50s。

如何开启死锁检测？​

设置 innodbdeadlockdetect 设置为 on 可以主动检测死锁，在 Innodb 中这个值默认就是 on 开启的状态。

什么是全局锁？它的应用场景有哪些？​

全局锁就是对整个数据库实例加锁，它的典型使用场景就是做全库逻辑备份。 这个命令可以使整个库处于只读状态。使用该命令之后，数据更新语句、数据定义语句、更新类事务的提交语句等操作都会被阻塞。

什么是共享锁？​

共享锁又称读锁 (read lock)，是读取操作创建的锁。其他用户可以并发读取数据，但任何事务都不能对数据进行修改（获取数据上的排他锁），直到已释放所有共享锁。当如果事务对读锁进行修改操作，很可能会造成死锁。

什么是排它锁？​

排他锁 exclusive lock（也叫 writer lock）又称写锁。

若某个事物对某一行加上了排他锁，只能这个事务对其进行读写，在此事务结束之前，其他事务不能对其进行加任何锁，其他进程可以读取,不能进行写操作，需等待其释放。

排它锁是悲观锁的一种实现，在上面悲观锁也介绍过。

若事务 1 对数据对象 A 加上 X 锁，事务 1 可以读 A 也可以修改 A，其他事务不能再对 A 加任何锁，直到事物 1 释放 A 上的锁。这保证了其他事务在事物 1 释放 A 上的锁之前不能再读取和修改 A。排它锁会阻塞所有的排它锁和共享锁。

使用全局锁会导致什么问题？​

如果在主库备份，在备份期间不能更新，业务停摆，所以更新业务会处于等待状态。

如果在从库备份，在备份期间不能执行主库同步的 binlog，导致主从延迟。

如何处理逻辑备份时，整个数据库不能插入的情况？​

如果使用全局锁进行逻辑备份就会让整个库成为只读状态，幸好官方推出了一个逻辑备份工具 MySQLdump 来解决了这个问题，只需要在使用 MySQLdump 时，使用参数 -single-transaction 就会在导入数据之前启动一个事务来保证数据的一致性，并且这个过程是支持数据更新操作的。

如何设置数据库为全局只读锁？​

使用命令 flush tables with read lock（简称 FTWRL）就可以实现设置数据库为全局只读锁。

除了 FTWRL 可以设置数据库只读外，还有什么别的方法？​

除了使用 FTWRL 外，还可以使用命令 set global readonly=true 设置数据库为只读。

FTWRL 和 set global readonly=true 有什么区别？​

FTWRL 和 set global readonly=true 都是设置整个数据库为只读状态，但他们最大的区别就是，当执行 FTWRL 的客户端断开之后，整个数据库会取消只读，而 set global readonly=true 会一直让数据处于只读状态。

如何实现表锁？​

MySQL 里标记锁有两种：表级锁、元数据锁（meta data lock）简称 MDL。表锁的语法是 lock tables t read/write。

可以用 unlock tables 主动释放锁，也可以在客户端断开的时候自动释放。lock tables 语法除了会限制别的线程的读写外，也限定了本线程接下来的操作对象。

对于 InnoDB 这种支持行锁的引擎，一般不使用 lock tables 命令来控制并发，毕竟锁住整个表的影响面还是太大。

MDL：不需要显式使用，在访问一个表的时候会被自动加上。

MDL 的作用：保证读写的正确性。

在对一个表做增删改查操作的时候，加 MDL 读锁；当要对表做结构变更操作的时候，加 MDL 写锁。

读锁之间不互斥，读写锁之间，写锁之间是互斥的，用来保证变更表结构操作的安全性。

MDL 会直到事务提交才会释放，在做表结构变更的时候，一定要小心不要导致锁住线上查询和更新。

悲观锁和乐观锁有什么区别？​

顾名思义，就是很悲观，每次去拿数据的时候都认为别人会修改，所以每次在拿数据的时候都会上锁，这样别人想拿这个数据就会 block 直到它拿到锁。正因为如此，悲观锁需要耗费较多的时间，另外与乐观锁相对应的，悲观锁是由数据库自己实现了的，要用的时候，我们直接调用数据库的相关语句就可以了。

说到这里，由悲观锁涉及到的另外两个锁概念就出来了，它们就是共享锁与排它锁。共享锁和排它锁是悲观锁的不同的实现，它俩都属于悲观锁的范畴。

乐观锁是用数据版本（Version）记录机制实现，这是乐观锁最常用的一种实现方式。何谓数据版本？即为数据增加一个版本标识，一般是通过为数据库表增加一个数字类型的 version 字段来实现。当读取数据时，将 version 字段的值一同读出，数据每更新一次，对此 version 值加 1。当我们提交更新的时候，判断数据库表对应记录的当前版本信息与第一次取出来的version值进行比对，如果数据库表当前版本号与第一次取出来的 version 值相等，则予以更新，否则认为是过期数据。

比如： 1、数据库表三个字段，分别是id、value、version select id,value,version from t where id=#{id} 2、每次更新表中的value字段时，为了防止发生冲突，需要这样操作

update t
set value=2,version=version+1
where id=#{id} and version=#{version}

乐观锁有什么优点和缺点？​

因为没有加锁所以乐观锁的优点就是执行性能高。它的缺点就是有可能产生 ABA 的问题，ABA 问题指的是有一个变量 V 初次读取的时候是 A 值，并且在准备赋值的时候检查到它仍然是 A 值，会误以为没有被修改会正常的执行修改操作，实际上这段时间它的值可能被改了其他值，之后又改回为 A 值，这个问题被称为 ABA 问题。

InnoDB 存储引擎有几种锁算法？​

  • Record Lock — 单个行记录上的锁；
  • Gap Lock — 间隙锁，锁定一个范围，不包括记录本身；
  • Next-Key Lock — 锁定一个范围，包括记录本身。

InnoDB 如何实现行锁？​

行级锁是 MySQL 中粒度最小的一种锁，他能大大减少数据库操作的冲突。

INNODB 的行级锁有共享锁（S LOCK）和排他锁（X LOCK）两种。共享锁允许事物读一行记录，不允许任何线程对该行记录进行修改。排他锁允许当前事物删除或更新一行记录，其他线程不能操作该记录。

共享锁：SELECT … LOCK IN SHARE MODE，MySQL 会对查询结果集中每行都添加共享锁，前提是当前线程没有对该结果集中的任何行使用排他锁，否则申请会阻塞。

排他锁：select * from t where id=1 for update，其中 id 字段必须有索引，MySQL 会对查询结果集中每行都添加排他锁，在事物操作中，任何对记录的更新与删除操作会自动加上排他锁。前提是当前没有线程对该结果集中的任何行使用排他锁或共享锁，否则申请会阻塞。

优化锁方面你有什么建议？​

  • 尽量使用较低的隔离级别。
  • 精心设计索引， 并尽量使用索引访问数据， 使加锁更精确， 从而减少锁冲突的机会。
  • 选择合理的事务大小，小事务发生锁冲突的几率也更小。
  • 给记录集显示加锁时，最好一次性请求足够级别的锁。比如要修改数据的话，最好直接申请排他锁，而不是先申请共享锁，修改时再请求排他锁，这样容易产生死锁。
  • 不同的程序访问一组表时，应尽量约定以相同的顺序访问各表，对一个表而言，尽可能以固定的顺序存取表中的行。这样可以大大减少死锁的机会。
  • 尽量用相等条件访问数据，这样可以避免间隙锁对并发插入的影响。
  • 不要申请超过实际需要的锁级别。
  • 除非必须，查询时不要显示加锁。 MySQL 的 MVCC 可以实现事务中的查询不用加锁，优化事务性能；MVCC 只在 COMMITTED READ（读提交）和 REPEATABLE READ（可重复读）两种隔离级别下工作。
  • 对于一些特定的事务，可以使用表锁来提高处理速度或减少死锁的可能。