MySQL 锁知识点大全源码级分析【共享锁、排他锁、意向锁、记录锁、间隙锁、临键锁、死锁、锁退化】

核心思想

MySQL 的锁机制，尤其是在 InnoDB 存储引擎中，其核心目标是在保证数据一致性（ACID 中的 I-Isolation）的前提下，最大限度地提高数据库的并发性能。它通过多粒度锁定（Multigranularity Locking）和意向锁（Intention Locking）来实现这一目标。

一、锁的类型与详细用法

MySQL 的锁可以按多个维度进行分类。

1. 按操作类型划分

a. 共享锁 (Shared Lock, S-Lock)

用处：用于读取操作。多个事务可以同时持有对同一资源的共享锁。

用法：

SELECT ... LOCK IN SHARE MODE; -- 老语法，但仍有效
SELECT ... FOR SHARE; -- MySQL 8.0+ 推荐语法

特点：
- 兼容性：与其他的 S-Lock 兼容，与 X-Lock 不兼容。
- 目的：确保在您读取数据的过程中，数据不会被其他事务修改（但可以被其他事务并发读取）。它提供了一种“读锁”的机制。

b. 排他锁 (Exclusive Lock, X-Lock)

用处：用于写入操作（UPDATE, DELETE, INSERT）。一个事务持有某资源的排他锁后，其他事务无法再获取该资源的任何类型的锁。
用法：
- 自动加锁：UPDATE, DELETE, INSERT 语句会自动为受影响的数据加 X-Lock。
- 手动加锁：SELECT ... FOR UPDATE;
特点：
- 兼容性：与任何其他锁（S 或 X）都不兼容。
- 目的：确保在您修改数据的过程中，数据不会被其他事务以任何方式读取（FOR SHARE）或修改（FOR UPDATE），从而避免脏写和脏读。

2. 按锁的粒度划分

这是理解 InnoDB 锁的关键。

a. 行级锁 (Row-Level Lock)

用处：锁定表中的单行或多行记录。这是 InnoDB 实现高并发的最重要特性。
用法：通过 SELECT ... FOR UPDATE 或 DML 语句在满足条件的行上自动获取。
特点：
- 粒度小，并发度高，但开销最大。
- 行锁实际上是加在索引记录上的。这一点至关重要！
  - 如果查询条件有索引，则锁住对应的索引记录。
  - 如果查询条件无索引或索引失效，会导致 行锁升级为表锁（实际上是锁住所有扫描过的记录和间隙，效果类似表锁，性能极差）。

行级锁的细分类型：

记录锁 (Record Lock)
- 用处：锁定索引中的一条具体记录。
- 场景：SELECT * FROM t WHERE id = 1 FOR UPDATE; 会在 id=1 的索引记录上加 X 型记录锁。
- 源码：lock_rec_lock 函数，锁对象存储在 lock_sys->rec_hash 哈希表中，通过 (space_id, page_no, heap_no) 可以快速定位到某一行上的锁。
间隙锁 (Gap Lock)
- 用处：锁定一个索引记录之间的范围，但不包括记录本身。目的是防止其他事务在这个范围内插入新数据，从而解决幻读问题。
- 场景：SELECT * FROM t WHERE id BETWEEN 5 AND 10 FOR UPDATE; 会在 (5, 10) 这个开区间加 Gap Lock，阻止 id=6,7,8,9 的新记录插入。
- 特点：
  - 只在 READ COMMITTED 及以上隔离级别生效（但 MySQL 在 READ COMMITTED 下又会禁用 Gap Lock）。
  - 仅用于防止插入。
- 源码：同样是 lock_rec_lock 函数，通过 LOCK_GAP 模式标识。
临键锁 (Next-Key Lock)
- 用处：记录锁 (Record Lock) + 间隙锁 (Gap Lock) 的组合。锁定一个索引记录及其之前的间隙。这是 InnoDB 在 REPEATABLE READ 隔离级别下默认的行锁算法。
- 场景：如果表中有数据 10, 20, 30，执行 SELECT * FROM t WHERE id = 20 FOR UPDATE; 不仅会锁住 id=20 这条记录，还会锁住 (10, 20] 这个区间。这既防止了其他事务修改 id=20 的记录，也防止了在 10 和 20 之间插入新记录（如 id=15）。
- 目的：彻底解决幻读问题。
- 源码：默认的行锁模式，由 LOCK_ORDINARY 标识。
插入意向锁 (Insert Intention Lock)
- 用处：一种特殊的间隙锁，由 INSERT 操作在插入行之前申请。它** signaling 其意图，目的是为了优化多个事务在相同间隙内的插入操作**，只要插入的位置不冲突，就不需要互相等待。
- 特点：互相兼容（如果插入的位置不同）。例如，事务 A 想在间隙中插入 id=15，事务 B 想插入 id=16，它们不会互相阻塞。
- 源码：lock_rec_insert_intention 函数，模式为 LOCK_X | LOCK_GAP | LOCK_INSERT_INTENTION。

b. 表级锁 (Table-Level Lock)

用处：锁定整张表。
用法：
- 自动加锁：DDL 语句（如 ALTER TABLE）会自动加表级锁。
- 手动加锁：LOCK TABLES ... READ/WRITE; （服务器层命令，与事务不同，一般不建议在 InnoDB 中使用）。
特点：
- 粒度大，并发度极低，但开销小。
- InnoDB 通常不需要手动表锁，因为其行锁粒度更细。LOCK TABLES 会隐式提交当前事务。

c. 意向锁 (Intention Lock)

用处：表级锁，用于快速判断表中是否有行被锁定。它是一种“信号灯”锁，表明一个事务即将（或正在）对表中的某些行施加 S-Lock 或 X-Lock。
类型：
- 意向共享锁 (Intention Shared Lock, IS)：事务打算给某些行加 S-Lock。
- 意向排他锁 (Intention Exclusive Lock, IX)：事务打算给某些行加 X-Lock。
特点：
- 意向锁之间是兼容的（例如，多个事务可以同时持有 IX 锁，因为它们可能只是修改不同的行）。
- 意向锁的主要目的是为了在加表锁时（例如，执行 ALTER TABLE）能够快速判断是否可以立即获得表锁，而无需逐行检查是否有行锁冲突。如果表上有 IS/IX，说明有行被锁定，表锁请求可能会被阻塞。

二、死锁 (Deadlock)

1. 条件与产生场景

死锁是指两个或多个事务在执行过程中，因争夺锁资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力干涉，它们都无法继续执行。

经典场景：

场景一：交叉更新
- 事务 A：UPDATE t SET ... WHERE id = 1; (持有 id=1 的 X-Lock)
- 事务 B：UPDATE t SET ... WHERE id = 2; (持有 id=2 的 X-Lock)
- 事务 A：UPDATE t SET ... WHERE id = 2; (尝试获取 id=2 的 X-Lock，被 B 阻塞)
- 事务 B：UPDATE t SET ... WHERE id = 1; (尝试获取 id=1 的 X-Lock，被 A 阻塞) -> 死锁形成。
场景二：间隙锁冲突
- 两个事务在相同的间隙上执行 SELECT ... FOR UPDATE 和 INSERT，也可能因 Next-Key Lock 和 Insert Intention Lock 的交互而产生死锁。

2. 检测与解决

检测：InnoDB 使用等待图 (Wait-for Graph) 算法来主动检测死锁。它维护一个事务等待链表，如果检测到循环（A 等 B，B 等 A），即判定为死锁。
解决：
1. 自动解决：InnoDB 的死锁检测引擎一旦发现死锁，会立即回滚其中代价较小的事务（通常是根据修改的行数来判断）。另一个事务因此可以继续执行。应用程序会收到 1213 错误：Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction。
2. 手动处理：应用程序必须捕获这个死锁错误，并选择重试整个事务。这是处理死锁的标准做法。

3. 避免策略

保持事务小巧且简短，尽快提交，减少锁的持有时间。
以固定的顺序访问表和数据行。这是避免死锁最有效的方法。如果所有事务都按 先id=1，后id=2 的顺序操作，上例中的死锁就不会发生。
在事务中尽量一次锁定所有需要的资源。
为查询建立合适的索引，避免因全表扫描导致锁住大量不需要的数据，增加冲突概率。
如果死锁不频繁，可以临时关闭死锁检测 (innodb_deadlock_detect = OFF)，依赖锁等待超时 (innodb_lock_wait_timeout) 来解锁。但这在高压环境下可能导致长时间等待，需谨慎使用。

三、锁退化 (Lock Degradation)

锁退化是指将锁的粒度降低的过程，例如将一个保护范围很大的锁（如表锁）替换为多个保护范围更小的锁（如行锁）。

InnoDB 中的体现：严格来说，InnoDB 的设计中没有传统意义上的“锁退化”。它遵循的是“锁升级”（Lock Escalation）的反面逻辑。InnoDB 的理念是：始终从最细的粒度（行锁）开始加锁。
过程：当一个查询需要扫描大量数据时，InnoDB 不会先加一个表锁，而是会逐行（或逐页）地加行锁。它并不会先持有粗粒度锁再退化为细粒度锁。
“类似退化”的行为：可以理解为 InnoDB 在事务执行过程中，根据优化器的判断，动态地调整锁定的范围。例如，在 WHERE 条件复杂时，可能一开始锁定的范围较大，随着过滤条件的应用，实际生效的锁范围可能缩小。但这更多是锁的释放，而非主动的退化机制。

锁退化的过程

这与某些数据库（如 SQL Server）先加意向锁再加行锁，或在行锁过多时升级为表锁的机制有根本区别。InnoDB 的架构决定了它优先使用行锁，且没有锁升级机制。

四、源码级简要分析

锁系统的核心代码在 /storage/innobase/lock/ 目录下。

锁对象结构 (lock_t)：代表一个事务对一个资源加的锁。包含事务指针、锁类型、模式、哈希指针等。
锁系统结构 (lock_sys_t)：全局锁管理器。最重要的是 rec_hash，一个哈希表，用于根据(space_id, page_no) 快速找到页上的所有锁。
加锁流程：
- 调用入口：lock_rec_lock (行锁) 或 lock_table_lock (表锁)。
- 冲突检查：通过锁模式兼容性矩阵检查当前请求的锁与现有锁是否兼容。
- 无冲突：创建 lock_t 对象，加入到对应记录的锁队列中。
- 有冲突：创建锁对象，但设置为等待状态 (LOCK_WAIT)，并启动死锁检测。
死锁检测 (lock_deadlock_check)：以请求锁的事务为起点，深度优先遍历（DFS）等待图。如果发现环，则触发回滚。

总结表

锁类型	英文名	粒度	主要用途	兼容性	备注
共享锁 (S)	Shared Lock	行/表	读取，防止被修改	与 S 兼容，与 X 不兼容	`SELECT ... FOR SHARE`
排他锁 (X)	Exclusive Lock	行/表	写入，防止任何其他操作	与任何锁都不兼容	DML 语句默认持有，`SELECT ... FOR UPDATE`
意向共享锁 (IS)	Intention Shared Lock	表	表明事务即将对某些行加 S 锁	与 IX, IS, S 兼容	信号锁，用于快速判断表锁是否可行
意向排他锁 (IX)	Intention Exclusive Lock	表	表明事务即将对某些行加 X 锁	与 IS, IX 兼容	信号锁，用于快速判断表锁是否可行
记录锁	Record Lock	行	锁定索引中的一条具体记录		行锁的基础
间隙锁	Gap Lock	行(间隙)	锁定一个区间，防止插入，解决幻读		RC 隔离级别下禁用
临键锁	Next-Key Lock	行(记录+间隙)	默认行锁模式，锁记录+间隙，彻底解决幻读		RR 隔离级别的默认算法
插入意向锁	Insert Intention Lock	行(间隙)	优化在相同间隙内的并发插入	互相兼容（如果位置不冲突）	特殊的间隙锁

锁源码详解

1. 共享锁(S锁)与排他锁(X锁)

共享锁(S Lock):

// 源码: storage/innobase/lock/lock0lock.cc
/* 共享锁特性 */
#define LOCK_S_SHARED            1   /* 共享读锁 */
#define LOCK_S_ALLOW_READ          /* 允许其他事务读 */
#define LOCK_S_BLOCK_WRITE         /* 阻塞其他事务写 */

排他锁(X Lock):

// 源码: storage/innobase/lock/lock0lock.cc  
/* 排他锁特性 */
#define LOCK_X_EXCLUSIVE         2   /* 独占写锁 */
#define LOCK_X_BLOCK_READ         /* 阻塞其他事务读 */
#define LOCK_X_BLOCK_WRITE        /* 阻塞其他事务写 */

兼容性矩阵:

当前锁 \ 请求锁	S锁	X锁
S锁	✓	✗
X锁	✗	✗

2. 意向锁(Intention Locks)

意向锁是表级锁，用于快速判断表中是否有行被锁定：

// 源码: storage/innobase/include/lock0types.h
typedef enum {
    LOCK_IS = 4,    /* 意向共享锁 */
    LOCK_IX = 5,    /* 意向排他锁 */ 
    LOCK_S = 6,     /* 共享锁 */
    LOCK_X = 7,     /* 排他锁 */
    /* ... */
} lock_mode_t;

意向锁兼容矩阵:

当前锁 \ 请求锁	IS	IX	S	X
IS	✓	✓	✓	✗
IX	✓	✓	✗	✗
S	✓	✗	✓	✗
X	✗	✗	✗	✗

3. 行级锁的具体实现

(1) 记录锁(Record Lock)

锁定索引中的单条记录：

-- 锁定id=1的记录
SELECT * FROM table WHERE id = 1 FOR UPDATE;

源码实现:

// storage/innobase/lock/lock0lock.cc
lock_rec_lock(...) {
    /* 创建记录锁 */
    lock_rec_add_to_queue(
        LOCK_REC | LOCK_X,  /* 记录排他锁 */
        block, heap_no, index, thr);
}

(2) 间隙锁(Gap Lock)

锁定索引记录间的间隙，防止幻读：

-- 锁定10到20之间的间隙
SELECT * FROM table WHERE id BETWEEN 10 AND 20 FOR UPDATE;

源码实现:

// storage/innobase/lock/lock0lock.cc
lock_rec_lock(...) {
    if (gap_lock_needed) {
        /* 创建间隙锁 */
        lock_rec_add_to_queue(
            LOCK_GAP | LOCK_X,  /* 间隙排他锁 */
            block, heap_no, index, thr);
    }
}

(3) 临键锁(Next-Key Lock)

记录锁 + 间隙锁的组合（默认行锁模式）：

// storage/innobase/include/lock0types.h
#define LOCK_ORDINARY         0   /* 临键锁 */

(4) 插入意向锁(Insert Intention Lock)

特殊的间隙锁，优化并发插入：

// storage/innobase/lock/lock0lock.cc
lock_rec_insert_intention(...) {
    /* 创建插入意向锁 */
    lock_rec_add_to_queue(
        LOCK_GAP | LOCK_INSERT_INTENTION,
        block, heap_no, index, thr);
}

锁的内存结构与管理系统

1. 锁对象结构

// storage/innobase/include/lock0priv.h
struct lock_t {
    trx_t* trx;             /* 所属事务 */
    lock_t* hash_next;      /* 哈希链指针 */
    dict_index_t* index;    /* 索引 */
    lock_type_t type;       /* 锁类型 */
    /* ... */
};

// 锁表结构
struct lock_sys_t {
    hash_table_t* rec_hash; /* 行锁哈希表 */
    /* ... */
};

2. 锁等待机制

// storage/innobase/lock/lock0wait.cc
lock_wait_suspend_thread(...) {
    /* 线程挂起等待锁 */
    thd_wait_begin(thd, THD_WAIT_ROW_LOCK);
    os_event_wait(lock->event);
    thd_wait_end(thd);
}

死锁检测与处理

1. 死锁条件

互斥条件：资源独占
请求与保持：持有锁并请求新锁
不剥夺条件：锁只能自愿释放
循环等待：等待环路形成

2. 死锁检测算法

// storage/innobase/lock/lock0lock.cc
lock_deadlock_check(...) {
    /* 使用等待图(Wait-for Graph)检测 */
    if (lock_deadlock_bfs(trx)) {
        /* 发现死锁，选择代价小的事务回滚 */
        trx_rollback_to_savepoint( victim_trx );
    }
}

检测流程：

构建等待图（事务为节点，锁等待为边）
深度优先搜索检测环路
选择回滚代价最小的事务

3. 死锁避免策略

-- 设置锁超时
SET innodb_lock_wait_timeout = 50;

-- 按固定顺序访问表
-- 事务1: A → B → C
-- 事务2: A → B → C  (而非 C → B → A)

锁退化机制

1. 定义与原理

锁退化（Lock Degradation）是指从高粒度锁退化为低粒度锁的过程，如从表锁退化为行锁。

源码实现:

// storage/innobase/lock/lock0lock.cc
lock_rec_convert_to_gap(...) {
    /* 将记录锁转换为间隙锁 */
    lock_rec_remove_from_queue(lock);
    lock_rec_add_to_queue(LOCK_GAP, ...);
}

2. 触发条件

精确锁定范围可确定时
索引可用性变化时
统计信息更新后

3. 性能优化意义

减少不必要的锁定范围
提高系统并发性能
降低锁争用和死锁概率

锁监控与诊断

1. 性能模式监控

-- 查看当前锁信息
SELECT * FROM performance_schema.data_locks;
SELECT * FROM performance_schema.data_lock_waits;

-- 查看锁等待链
SELECT * FROM sys.innodb_lock_waits;

2. InnoDB状态监控

SHOW ENGINE INNODB STATUS\G
-- 关注 LATEST DETECTED DEADLOCK 和 TRANSACTIONS 部分

3. 关键性能指标

-- 锁等待统计
SELECT * FROM sys.metrics 
WHERE VARIABLE_NAME LIKE '%lock%wait%';

-- 死锁次数
SELECT * FROM information_schema.INNODB_METRICS 
WHERE NAME = 'lock_deadlocks';

最佳实践与优化建议

1. 索引设计优化

-- 确保查询使用索引，避免全表锁
ALTER TABLE orders ADD INDEX idx_customer (customer_id);

-- 使用覆盖索引减少回表锁
CREATE INDEX idx_covering ON orders (status, created_date) 
INCLUDE (amount, customer_id);

2. 事务设计原则

-- 保持事务短小
START TRANSACTION;
-- 最小化锁持有时间
UPDATE ... WHERE id = 1;
COMMIT;

-- 避免长事务
SET SESSION max_execution_time = 5000;  -- 5秒超时

3. 隔离级别选择

-- 读多写少场景
SET SESSION transaction_isolation = 'READ-COMMITTED';

-- 需要避免幻读
SET SESSION transaction_isolation = 'REPEATABLE-READ';

源码级调优参数

# InnoDB锁相关配置
innodb_lock_wait_timeout=50      # 锁等待超时(秒)
innodb_deadlock_detect=ON        # 死锁检测开关
innodb_print_all_deadlocks=OFF   # 死锁日志打印

# 锁系统内存配置
innodb_buffer_pool_size=8G       # 缓冲池大小
innodb_lru_scan_depth=1024       # LRU扫描深度

MySQL的锁机制是一个复杂而精密的系统，深入理解其原理和实现对于构建高性能、高可用的数据库应用至关重要。通过合理的索引设计、事务控制和系统调优，可以最大限度地发挥MySQL的并发性能优势。

posted @ 2025-08-30 15:09 NeoLshu 阅读(5) 评论(0) 收藏举报来源

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MySQL 锁知识点大全源码级分析【共享锁、排他锁、意向锁、记录锁、间隙锁、临键锁、死锁、锁退化】

核心思想

一、 锁的类型与详细用法

1. 按操作类型划分

a. 共享锁 (Shared Lock, S-Lock)

b. 排他锁 (Exclusive Lock, X-Lock)

2. 按锁的粒度划分

a. 行级锁 (Row-Level Lock)

b. 表级锁 (Table-Level Lock)

c. 意向锁 (Intention Lock)

二、 死锁 (Deadlock)

1. 条件与产生场景

2. 检测与解决

3. 避免策略

三、 锁退化 (Lock Degradation)

锁退化的过程

四、 源码级简要分析

总结表

锁源码详解

1. 共享锁(S锁)与排他锁(X锁)

2. 意向锁(Intention Locks)

3. 行级锁的具体实现

(1) 记录锁(Record Lock)

(2) 间隙锁(Gap Lock)

(3) 临键锁(Next-Key Lock)

(4) 插入意向锁(Insert Intention Lock)

锁的内存结构与管理系统

1. 锁对象结构

2. 锁等待机制

死锁检测与处理

1. 死锁条件

2. 死锁检测算法

3. 死锁避免策略

锁退化机制

1. 定义与原理

2. 触发条件

3. 性能优化意义

锁监控与诊断

1. 性能模式监控

2. InnoDB状态监控

3. 关键性能指标

最佳实践与优化建议

1. 索引设计优化

2. 事务设计原则

3. 隔离级别选择

源码级调优参数

公告

一、锁的类型与详细用法

二、死锁 (Deadlock)

三、锁退化 (Lock Degradation)

四、源码级简要分析