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Msyql的并发控制-锁策略

洞天水月2023-01-06 15:56:53126人次阅读
摘要无论何时,只要有多个查询需要在同一时刻修改数据,都会产生并发控制的问题。这篇文章讨论MySQL在两个层面的并发控制:服务器层与存储引擎层。并发控制是一个内容庞大的话题,有大量的理论文献对其进行过详细的论述。这里只简要地讨论MySOL如何控制并发读写,因此读者需要有相关的知识来理解本章接下来的内容。 以Unix系统的emailbox为例,典型的mbox文件格式是非常简单的。一个mbox邮箱中的所有

无论何时,只要有多个查询需要在同一时刻修改数据,都会产生并发控制的问题。这篇文章讨论MySQL在两个层面的并发控制:服务器层与存储引擎层。并发控制是一个内容庞大的话题,有大量的理论文献对其进行过详细的论述。这里只简要地讨论MySOL如何控制并发读写,因此读者需要有相关的知识来理解本章接下来的内容。

以Unix系统的emailbox为例,典型的mbox文件格式是非常简单的。一个mbox邮箱中的所有邮件都串行在一起,彼此首尾相连。这种格式对于读取和分析邮件信息非常友好,同时投递邮件也很容易,只要在文件末尾附加新的邮件内容即可。

但如果两个进程在同一时刻对同一个邮箱投递邮件,会发生什么情况?显然,邮箱的数据会被破坏,两封邮件的内容会交叉地附加在邮箱文件的末尾。设计良好的邮箱投递系统会通过锁(lock)来防止数据损坏。如果客户试图投递邮件,而邮箱已经被其他客户锁住那就必须等待,直到锁释放才能进行投递。

这种锁的方案在实际应用环境中虽然工作良好,但并不支持并发处理。因为在任意一个时刻,只有一个进程可以修改邮箱的数据,这在大容量的邮箱系统中是个问题。

1、读写锁

从邮箱中读取数据没有这样的麻烦,即使同一时刻多个用户并发读取也不会有什么问题。因为读取不会修改数据,所以不会出错。但如果某个用户正在读取邮箱,同时另外一用户试图删除编号为25的邮件,会产生什么结果? 结论是不确定,读取的用户可能会报错退出,也可能读取到不一致的邮箱数据。所以,为安全起见,即使是读取邮箱也需特别注意。

如果把上述的邮箱当成数据库中的一张表,把邮件当成表中的一行记录,就很容易看出,同样的问题依然存在。从很多方面来说,邮箱就是一张简单的数据库表。修改数据库表中的记录,和删除或者修改邮箱中的邮件信息,十分类似。

解决这类经典问题的方法就是并发控制,其实非常简单。在处理并发读或者写时,可以通过实现一个由两种类型的锁组成的锁系统来解决问题。这两种类型的锁通常被称为共享锁 (shared lock)和排他锁(exclusive lock),也叫读锁(read lock)和写锁(writelock)。

这里先不讨论锁的具体实现,描述一下锁的概念如下:读锁是共享的,或者说是相互不阻塞的。多个客户在同一时刻可以同时读取同一个资源,而互不干扰。写锁则是排他的也就是说一个写锁会阻塞其他的写锁和读锁,这是出于安全策略的考虑,只有这样,才能确保在给定的时间里,只有一个用户能执行写入,并防止其他用户读取正在写入的同一资源。

在实际的数据库系统中,每时每刻都在发生锁定,当某个用户在修改某一部分数据时MySQL会通过锁定防止其他用户读取同一数据。大多数时候,MySQL锁的内部管理都是透明的。

2、锁粒度

一种提高共享资源并发性的方式就是让锁定对象更有选择性。尽量只锁定需要修改的部分数据,而不是所有的资源。更理想的方式是,只对会修改的数据片进行精确的锁定。任何时候,在给定的资源上,锁定的数据量越少,则系统的并发程度越高,只要相互间不发生冲突即可。

问题是加锁也需要消耗资源。锁的各种操作,包括获得锁、检查锁是否已经解除、释放锁等,都会增加系统的开销。如果系统花费大量的时间来管理锁,而不是存取数据,那么系统的性能可能会因此受到影响。

所谓的锁策略,就是在锁的开销和数据的安全性之间寻求平衡,这种平衡当然也会影响到性能。大多数商业数据库系统没有提供更多的选择,一般都是在表上施加行级锁 (rowlevel lock),并以各种复杂的方式来实现,以便在锁比较多的情况下尽可能地提供更好的性能。

而MySQL则提供了多种选择。每种MySQL存储引擎都可以实现自己的锁策略和锁粒度。在存储引擎的设计中,锁管理是个非常重要的部分。将锁粒度固定在某个级别,可以为某些特定的应用场景提供更好的性能,但同时却会失去对另外一些应用场景的良好支持。好在MySQL支持多个存储引擎的架构,所以不需要单一的通用解决方案。下面将介绍两种最重要的锁策略。

表锁 (table lock)

表锁是MySQL中最基本的锁策略,并且是开销最小的策略。表锁非常类似于前文描述的邮箱加锁机制:它会锁定整张表。一个用户在对表进行写操作(插入、删除、更新等)前需要先获得写锁,这会阻塞其他用户对该表的所有读写操作。只有没有写锁时,其他读取的用户才能获得读锁,读锁之间是不相互阻塞的。

在特定的场景中,表锁也可能有良好的性能。例如,READ LOCAL表锁支持某些类型的并发写操作。另外,写锁也比读锁有更高的优先级,因此一个写锁请求可能会被插入到读锁列的前面(写锁可以插人到锁队列中读锁的前面,反之读锁则不能插入到写锁的前面)。

尽管存储引擎可以管理自己的锁,MySQL本身还是会使用各种有效的表锁来实现不同的目的。例如,服务器会为诸如ALTER TABLE(修改表结构)之类的语句使用表锁,而忽略存储引擎的锁机制。

行级锁(row lock)

行级锁可以最大程度地支持并发处理 (同时也带来了最大的锁开销)。众所周知,在InnoDB和XiraDB,以及其他一些存储引擎中实现了行级锁。行级锁只在存储引擎层实现,而MysQL服务器层没有实现。服务器层完全不了解存储引擎中的锁实现。在Mysql中,所有的存储引擎都以自己的方式显现了锁机制。

文末小结:

1、数据库服务器及存储引擎为了更好的处理并发读写问题,引入了锁机制。

2、锁机制通过读、写两种类型的锁解决并发问题。

3、读写锁的粒度可以精确到表锁,和行锁。

4、所谓的锁策略,就是在锁的开销和数据的安全性之间寻求平衡。

5、一般情况锁的管理通过存储引擎来管理,但数据库服务器也会在特定情况下使用表锁而忽略存储引擎的锁机制。

6、不同的Mysql存储引擎有不同的锁粒度,例如MyISAM默认是表级锁不支持行级锁,InnoDB 默认是行级锁,也支持表级锁。这也是导致不同存储引擎在应用场景选择上存在差异的原因之一。

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