MySQL系列（二）：MySQL是怎么處理并發(fā)操作的？

目錄

1. 為什么需要鎖？
2. MySQL 中鎖分類？
3. 什么是事務(wù)？
4. 事務(wù)的隔離級別
5. MySQL 是怎么實現(xiàn)事務(wù)機(jī)制的？
6. MVCC 機(jī)制
7. 總結(jié)

為什么需要鎖？

相信大家都比較熟悉電商系統(tǒng)中庫存管理的場景，對于日?；顒哟黉N、618、雙 11 等場景，會在規(guī)定時間內(nèi)對商品進(jìn)行促銷活動，假設(shè)現(xiàn)在有一款 HHKB 機(jī)械鍵盤要參與促銷活動，數(shù)據(jù)庫中準(zhǔn)備了 10 件，促銷活動開始時，多位買家開始爭搶，每賣出一件商品，庫存減 1，直到賣完，那么怎么能保證商品不會賣超呢？

對于以上這個場景來說，我們需要用到鎖機(jī)制來保證每賣出一件商品，對庫存進(jìn)行更新操作時，其他用戶請求不能對該商品庫存進(jìn)行修改；換句話說，用戶 1 拿到了修改庫存的鎖，則只有用戶 1 能修改數(shù)據(jù)，而用戶 2 只能等著不能修改數(shù)據(jù)。如下圖所示：

相反，如果沒有鎖的加持，用戶 1 和用戶 2 發(fā)現(xiàn)庫存還有 1 件商品，同時都開始下單，用戶 1 先將庫存更新為 0，此時商品已經(jīng)售完，而用戶 2 也將庫存更新為 0，就導(dǎo)致了賣超的尷尬情況。

MySQL 中鎖分類？

鎖根據(jù)使用場景不同，被分成了各種各樣的鎖。比如讀寫可以分為讀鎖和寫鎖，對于讀請求之間相互是互不影響的，因為數(shù)據(jù)沒有被所有，大家讀取到的數(shù)據(jù)都是一樣的，所以讀鎖也稱之為共享鎖；對于寫請求，由于存在數(shù)據(jù)的變更，所以請求之間是互斥的，所以也稱之為排它鎖。

對于根據(jù)鎖鎖定的范圍大小，可以分為全局鎖、表鎖、元數(shù)據(jù)鎖、行鎖：

• 全局鎖：顧名思義就是對整個數(shù)據(jù)庫進(jìn)行加鎖操作，加鎖期間，整個數(shù)據(jù)庫只能夠進(jìn)行讀操作。
• 表鎖：是對數(shù)據(jù)庫中的某張表進(jìn)行加鎖，此時表與表之間可以同時進(jìn)行寫操作而互不影響，但是同一時刻同一張表只能有一個寫操作。
• 頁面鎖：頁面鎖是介于表鎖和行鎖之間的一種鎖，其優(yōu)勢是中和表鎖和行鎖的鎖開銷。
• 行鎖：是對數(shù)據(jù)庫表中的某一行進(jìn)行加鎖操作。

從上也能夠看出，鎖的范圍是逐漸減小的，在實際生產(chǎn)環(huán)境中需要根據(jù)業(yè)務(wù)場景來選擇不同粒度的鎖。

什么是事務(wù)？

由多個事件組成的一組動作，要么同時成功，要么發(fā)生失敗時全體進(jìn)行回滾；換句話說就是多個原子操作合并為一個原子操作。怎么能夠保證一個事務(wù)能夠正確執(zhí)行呢？想要保證一個事務(wù)正確執(zhí)行的依據(jù)是其必須滿足 ACID，即原子性（atomicity）、一致性（consistency）、隔離性（isolation）、持久性（durability）。

舉個例子：初始狀態(tài) A 賬戶有 100 塊，B 賬戶有 100 塊。

• 原子性：一個事務(wù)或執(zhí)行動作不能被分割為多個階段去處理，所以整個執(zhí)行流程要么全部成功，要么失敗全部回滾。舉例：A 向 B 轉(zhuǎn)賬 100 塊，A 的賬戶變成 0，B 的賬戶變成 200，兩個賬戶的錢增減整體視為一個動作。
• 一致性：一個狀態(tài)在經(jīng)歷一些動作之后轉(zhuǎn)變成另外一個狀態(tài)。舉例：A 向 B 轉(zhuǎn)賬 100 塊，經(jīng)過 A 向 B 的一個轉(zhuǎn)賬動作并且執(zhí)行成功時，A 的賬戶變成 0，B 的賬戶變成 200 塊，執(zhí)行轉(zhuǎn)賬動作前后賬戶的總金額沒有發(fā)生改變。
• 隔離性：多個事務(wù)在并發(fā)操作時，相互之間不能夠看到對方執(zhí)行的動作，即相互之間是隔離的。隔離也分為多個級別，不同的隔離級別所保證的隔離程度也是不一樣的。
• 持久性：一個事務(wù)一旦提交以后，其對數(shù)據(jù)源的修改是永久性的保存到了數(shù)據(jù)庫中。如何做到 100%的持久性是一個幾乎不太可能實現(xiàn)的事情，比如數(shù)據(jù)雖然持久化到了磁盤上，但由于一些不可抗拒的外力因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)生了丟失，所以在實際情況中需要規(guī)定一個持久性的級別，即認(rèn)為只需要數(shù)據(jù)持久化到磁盤上就可以認(rèn)為達(dá)到了持久性的特性。

事務(wù)的隔離級別

MySQL 的事務(wù)隔離級別分為一下幾種：

舉個例子：初始狀態(tài) A 賬戶有 100 塊，B 賬戶有 100 塊。

• 讀未提交（Read Uncommitted）：在一個事務(wù)中，部分提交后對其他事務(wù)可見。舉例：A 轉(zhuǎn)賬給 B，A 的賬戶金額變成 0，B 的賬戶還未增加到 200，A 讀取自己的賬戶時，發(fā)現(xiàn)自己的賬戶金額變?yōu)?0，但是由于事務(wù)執(zhí)行中途出現(xiàn)故障（假設(shè) B 賬戶因為某種原因賬戶被鎖定不能被轉(zhuǎn)賬），此時事務(wù)進(jìn)行了回滾操作，那么就會導(dǎo)致 A 讀取到賬戶金額是錯誤的。這種現(xiàn)象也稱之為臟讀。
• 讀已提交（Read Committed）：讀操作只能夠讀取到自己事務(wù)中的數(shù)據(jù)或者是事務(wù)提交后的結(jié)果。舉例：轉(zhuǎn)賬操作，如果一個請求讀取賬戶 A 的金額，如果事務(wù)正常提交了，則其讀取的賬戶金額一定是 0，如果事務(wù)回滾，則讀取到的金額一定是 100。但是讀已提交不能夠避免重復(fù)讀，有可能兩次讀取到結(jié)果不一致。
• 可重復(fù)讀（Repeatable Read）：該級別能夠保證多次讀取到的結(jié)果是相同的，但是不能夠解決幻讀的情況?；米x在數(shù)據(jù)庫中具體的體現(xiàn)是范圍查詢，比如第一次一個范圍查詢到的結(jié)果集的同時，另外一個事務(wù)插入了數(shù)據(jù)，第二次查詢的結(jié)果和第一次查詢的結(jié)果集不一樣。
• 串行化（Serializable）：強(qiáng)制所有事務(wù)按照順序依次執(zhí)行，只有一個事務(wù)執(zhí)行完成后，下一個事務(wù)才能接著執(zhí)行。這樣就能夠避免產(chǎn)生臟讀、不可重復(fù)讀、幻讀等情況，但是同時也降低了數(shù)據(jù)庫的并發(fā)度。

在實際開發(fā)場景中，同樣需要根據(jù)實際業(yè)務(wù)場景來選擇合適的隔離級別，一般用的比較普遍的兩種隔離級別是讀已提交和可重復(fù)讀。

MySQL 是怎么實現(xiàn)事務(wù)機(jī)制的？

MySQL 中實現(xiàn)了事務(wù)機(jī)制的常見存儲引擎有 InnoDB 和 NDB（上篇文章也介紹過，本系列全程以 InnoDB 展開介紹）。使用 InnoDB 提交事務(wù)的時候，首先需要關(guān)閉自動提交，通過 set autocommit = 0 命令關(guān)閉自動提交功能，然后通過 start transaction 開啟一個事務(wù)，接著編寫在事務(wù)內(nèi)要執(zhí)行的 SQL，最后通過 commit 提交事務(wù)。

如果兩個事務(wù)同時提交，并且都需要操作同一個資源，此時會產(chǎn)生 死鎖，那么 MySQL 是怎么處理這樣情況的呢？InnoDB 采用的是將持有最少行級排他鎖進(jìn)行回滾操作，什么叫持有最少行級排排它鎖？大白話解釋一下：就是每個事務(wù)開啟后，需要執(zhí)行增刪改等操作 SQL 的個數(shù)。比如有兩個事務(wù)，一個需要執(zhí)行 2 個 select 語句和 3 個 update 語句，另外一個需要執(zhí)行 1 個 select 語句和 1 個 update 語句，當(dāng)兩個事務(wù)的 update 同一時刻需要對方鎖住的資源時，會將后者的事務(wù)進(jìn)行回滾操作。

MVCC 機(jī)制

為了降低死鎖情況的發(fā)生，MySQL 引入錄入 MVCC 機(jī)制，從而來進(jìn)一步降低因為加減鎖而造成的系統(tǒng)開銷。通過在數(shù)據(jù)表上增加兩個隱藏列，一個列用于存儲當(dāng)前行的創(chuàng)建時的版本，另外一個列用于存儲當(dāng)前行的刪除時的版本。下面我們來看看 MVCC 機(jī)制在 CRUD 中是怎么工作的。

通過 CRUD 四種操作可以看出，MVCC 機(jī)制只能作用于 讀已提交 和 可重復(fù)讀 兩個事務(wù)隔離級別下，因為讀未提交會使得 SELECT 產(chǎn)生臟讀，而串行化本身已經(jīng)是順序操作了，沒有增加 MVCC 機(jī)制的必要。

至于 MVCC 的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)，它結(jié)合了 undo log 來實現(xiàn)的，我們在后面講解 MySQL 的相關(guān)日志文件功能的時候再詳細(xì)展開。

總結(jié)

本文介紹了 MySQL 的鎖機(jī)制和事務(wù)的概念及實現(xiàn)原理。下篇文章我們來接著研究MySQL 的索引機(jī)制，看看它到底該怎么用才能使得查詢操作變得更加高效，敬請期待。