MySQL 锁机制详解：从锁分类到典型场景

在高并发的数据库应用中，锁机制是至关重要的。MySQL 提供了多种锁来保证数据的一致性和隔离性，避免数据竞争和冲突。本文将详细解释 MySQL 中的锁类型，并结合实际场景，帮助大家深入了解这些锁的用途和工作原理。

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一、MySQL 锁的分类

1. 全局锁

   • 锁定整个数据库，使其处于只读状态。
   • 使用场景：全库备份等需要确保数据一致性的场景。
   • 示例命令：

     FLUSH TABLES WITH READ LOCK;
     

     在执行此命令后，所有写操作都会被阻塞，直到锁被释放。

2. 表级锁

   • 对某个表加锁，包括表锁和元数据锁（Meta Data Lock, MDL）。
   • 表锁分为 读锁（共享锁） 和 写锁（排他锁）。表级锁是粗粒度的锁，适用于不需要并发操作的场景。
   • MDL 在对表结构进行修改时会自动加锁，保护表的元数据信息。

   示例场景：

sequenceDiagram participant UserA as 用户A participant UserB as 用户B participant MySQL UserA->>MySQL: 开始事务 UserA->>MySQL: SELECT * FROM table1 加读锁 UserB->>MySQL: ALTER TABLE table1 被阻塞 UserA->>MySQL: 提交事务 UserB->>MySQL: 执行ALTER

在上面的时序图中，用户 A 对 table1 进行了读操作，导致用户 B 的表结构修改被阻塞，直到用户 A 提交事务。

3. 意向锁（Intention Lock）

   • 表级锁的一种，标记当前事务对表中行的锁定意图。用于加速表锁和行锁之间的协调。
   • 分为 意向共享锁（IS） 和 意向排他锁（IX）。意向锁自身不会阻塞其他事务，但与表锁配合使用可以提升锁定效率。

   示例场景：

   sequenceDiagram participant UserA as 用户A participant UserB as 用户B UserA->>MySQL: 开始事务 UserA->>MySQL: 更新表部分行，加IX锁 UserB->>MySQL: 尝试对整个表加写锁 MySQL->>UserB: 检测到IX锁，加写锁失败 UserA->>MySQL: 提交事务，释放IX锁 UserB->>MySQL: 成功加写锁

   在上面的例子中，意向锁的存在快速表明了某表中已存在行锁，避免了逐行扫描，提高了锁定效率。

4. AUTO-INC 锁

   • 专门用于 AUTO_INCREMENT 字段的锁，确保自增列的唯一性和顺序性。
   • 当插入自增列数据时，MySQL 会对表加一个短暂的锁，保证多线程插入时自增列的正确性。
   • 这种锁的优势在于临时锁定，在插入完成后立即释放，并不阻塞其他类型操作。

5. 行级锁

   • MySQL 中最细粒度的锁，允许对单行记录进行加锁。主要用于 InnoDB 存储引擎，极大地提升了并发性能。
   • 包括：
     • Record Lock（记录锁）： 锁定单行记录。
     • Gap Lock（间隙锁）： 锁定一个范围（间隙），防止插入新记录，避免幻读。
     • Next-Key Lock（临键锁）： 结合记录锁和间隙锁，锁定记录及其间隙，是 InnoDB 默认的行锁机制。
     • 插入意向锁（Insert Intention Lock）： 事务准备插入某行前会加此锁，多个事务插入不同位置的记录时不会互相阻塞。

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二、Next-Key Lock（临键锁）的工作原理和示例

Next-Key Lock 是 记录锁 与 间隙锁 的组合锁，锁定记录和其间隙，避免幻读的发生。它在可重复读（REPEATABLE READ）隔离级别中起到关键作用。

Next-Key Lock 场景举例

假设有一张 students 表：

CREATE TABLE students (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(50)
);

-- 当前表中的记录
| id  | name    |
|-----|---------|
| 1   | Alice   |
| 5   | Bob     |
| 10  | Charlie |

事务 A 和事务 B 的操作如下：

sequenceDiagram participant TxA as 事务A participant TxB as 事务B TxA->>MySQL: START TRANSACTION; TxA->>MySQL: SELECT * FROM students WHERE id >= 1 AND id <= 10; Note right of TxA: 锁定 id=1 到 id=10 之间的记录和间隙 TxB->>MySQL: START TRANSACTION; TxB->>MySQL: INSERT INTO students (id, name) VALUES (7, 'David'); Note right of TxB: 被阻塞，等待TxA释放锁 TxA->>MySQL: COMMIT; TxB->>MySQL: 插入成功

在该场景中，事务 A 对 id >= 1 AND id <= 10 进行了范围查询，InnoDB 使用 Next-Key Lock 锁住 id=1 到 id=10 之间的记录以及它们的间隙，防止其他事务在此范围内插入新的记录。事务 B 试图插入 id=7，但由于范围已被 Next-Key Lock 锁住，插入操作被阻塞，直到事务 A 提交。

总结：Next-Key Lock 确保了查询范围内的数据在整个事务过程中保持一致，避免幻读现象。

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三、常见问题解答

2. 为什么锁定 (-∞, 1] 和 [10, +∞)？

锁定 (-∞, 1] 和 [10, +∞) 是为了防止幻读，即在查询范围的边界插入新的记录，导致查询结果发生变化。锁定这些范围可以确保在查询期间，边界附近的间隙中不会出现新记录。
这里的[10, +∞)并非锁定所有的，而是表示10~10的下一个值

3. 为什么需要 AUTO-INC 锁，而不是直接使用表锁？

表锁粒度过大，会锁定整个表，导致并发性能下降。而 AUTO-INC 锁是一种短暂的锁，仅在分配自增列时加锁，插入完成后立即释放，不会阻塞其他读写操作，性能更好。

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四、总结与建议

• 选择合适的锁粒度：在高并发场景中，尽量使用行级锁来减少锁冲突，提升并发性能。
• 全局锁和表锁要慎用：在需要全库或全表操作时，应合理使用全局锁或表锁，避免长时间阻塞其他操作。
• 关注隔离级别：了解事务隔离级别对锁机制的影响，选择合适的隔离级别以避免不必要的锁竞争和性能损耗。