數據庫中的行鎖和表鎖


一、事務並發調度的問題
  1. 臟讀:A事務讀取B事務尚未提交的更改數據,並在這個數據基礎上操作。如果B事務回滾,那么A事務讀到的數據根本不是合法的,稱為臟讀。在oracle中,由於有version控制,不會出現臟讀。
  2. 不可重復讀:A事務讀取了B事務已經提交的更改(或刪除)數據。比如A事務第一次讀取數據,然后B事務更改該數據並提交,A事務再次讀取數據,兩次讀取的數據不一樣。
  3. 幻讀:A事務讀取了B事務已經提交的新增數據。注意和不可重復讀的區別,這里是新增,不可重復讀是更改(或刪除)。這兩種情況對策是不一樣的,對於不可重復讀,只需要采取行級鎖防止該記錄數據被更改或刪除,然而對於幻讀必須加表級鎖,防止在這個表中新增一條數據。
  4. 第一類丟失更新:A事務撤銷時,把已提交的B事務的數據覆蓋掉。
  5. 第二類丟失更新:A事務提交時,把已提交的B事務的數據覆蓋掉。
  三級封鎖協議
  1. 一級封鎖協議:事務T中如果對數據R有寫操作,必須在這個事務中對R的第一次讀操作前對它加X鎖,直到事務結束才釋放。事務結束包括正常結束(COMMIT)和非正常結束(ROLLBACK)。
  2. 二級封鎖協議:一級封鎖協議加上事務T在讀取數據R之前必須先對其加S鎖,讀完后方可釋放S鎖。 
  3. 三級封鎖協議 :一級封鎖協議加上事務T在讀取數據R之前必須先對其加S鎖,直到事務結束才釋放。
  可見,三級鎖操作一個比一個厲害(滿足高級鎖則一定滿足低級鎖)。但有個非常致命的地方,一級鎖協議就要在第一次讀加x鎖,直到事務結束。幾乎就要在整個事務加寫鎖了,效率非常低。三級封鎖協議只是一個理論上的東西,實際數據庫常用另一套方法來解決事務並發問題。
 
二、隔離性級別
  
  mysql用意向鎖(另一種機制)來解決事務並發問題,為了區別封鎖協議,弄了一個新概念隔離性級別:包括Read Uncommitted、Read Committed、Repeatable Read、Serializable。mysql 一般默認Repeatable Read。
   
  
  總結一下,repeatable read能解決臟讀和不可重復讀,但不能解決丟失修改。
  
三、mysql的行鎖和表鎖
  
  下面對行鎖和表鎖進行一個簡單的介紹。
  • 表級鎖:每次操作鎖住整張表。開銷小,加鎖快;不會出現死鎖;鎖定粒度大,發生鎖沖突的概率最高,並發度最低;
  • 行級鎖:每次操作鎖住一行數據。開銷大,加鎖慢;會出現死鎖;鎖定粒度最小,發生鎖沖突的概率最低,並發度也最高;
  • 頁面鎖:開銷和加鎖時間界於表鎖和行鎖之間;會出現死鎖;鎖定粒度界於表鎖和行鎖之間,並發度一般。
1、MyISAM的鎖
  稍微提一下MyISAM,只說和InnoDB不同的。
  a. MyISAM只有表鎖,鎖又分為讀鎖和寫鎖。 
  b. 沒有事務,不用考慮並發問題
  c. 由於鎖的粒度太大,所以當該表寫並發量較高時,要等待的查詢就會很多了。
 
2、InnoDB的行鎖和表鎖
  沒有特定的語法。mysql的行鎖是通過索引體現的。
  如果where條件中只用到索引項,則加的是行鎖;否則加的是表鎖。比如說主鍵索引,唯一索引和聚簇索引等。如果sql的where是全表掃描的,想加行鎖也愛莫能助。
  行鎖和表鎖對我們編程的影響是要在where中盡量只用索引項,否則就會觸發表鎖。
 
3、加鎖和解鎖
  在InnoDB中,select,insert,update,delete等語句執行時都會自動加解鎖。select的鎖一般執行完就釋放了,修改操作的X鎖會持有到事務結束,效率高很多。
  mysql也給用戶提供了加鎖的機會,只要在sql后加LOCK IN SHARE MODE 或FOR UPDATE
  共享鎖(S):SELECT * FROM table_name WHERE ... LOCK IN SHARE MODE
  排他鎖(X):SELECT * FROM table_name WHERE ... FOR UPDATE
  值得注意的是,自己加的鎖沒有釋放鎖的語句,所以鎖會持有到事務結束。
 
四、解決丟失修改--樂觀鎖和悲觀鎖
  
  加鎖就是為了解決丟失修改。如果一個事務中只有一句sql,數據庫是可以保證它是並發安全的。丟失修改的特征就是在一個事務中先讀P數據,再寫P數據。所謂丟失修改,一般是A事務有兩個操作,后一個操作依賴於前一個操作,之后后一個操作覆蓋了B事務的寫操作。
  如果一個事務先讀后寫同一份數據,就可能發生丟失修改,要做一些處理。下面對樂觀鎖和悲觀鎖進行一個簡單的介紹。
 
   悲觀鎖和樂觀鎖的概念:
  悲觀鎖(Pessimistic Concurrency Control,PCC):假定會發生並發沖突,屏蔽一切可能違反數據完整性的操作。
  樂觀鎖(Optimistic Concurrency Control,OCC):假設不會發生並發沖突,只在提交操作時檢查是否違反數據完整性。
  樂觀鎖和悲觀鎖也不僅僅能用在數據庫中,也能用在線程中。
  悲觀鎖的缺陷是不論是頁鎖還是行鎖,加鎖的時間可能會很長,這樣可能會長時間的限制其他用戶的訪問,也就是說悲觀鎖的並發訪問性不好。
  樂觀鎖不能解決臟讀,加鎖的時間要比悲觀鎖短(只是在執行sql時加了基本的鎖保證隔離性級別),樂觀鎖可以用較大的鎖粒度獲得較好的並發訪問性能。但是如果第二個用戶恰好在第一個用戶提交更改之前讀取了該對象,那么當他完成了自己的更改進行提交時,數據庫就會發現該對象已經變化了,這樣,第二個用戶不得不重新讀取該對象並作出更改。
  可見,樂觀鎖更適合解決沖突概率極小的情況;而悲觀鎖則適合解決並發競爭激烈的情況,盡量用行鎖,縮小加鎖粒度,以提高並發處理能力,即便加行鎖的時間比加表鎖的要長。
 
   悲觀鎖的例子
  這里僅僅提供一種解決丟失修改的悲觀鎖例子。丟失修改的特征就是在一個事務中先讀P數據,再寫P數據。而且一級鎖協議能解決丟失修改,所以如果事務A 中寫P,我們只要在A中第一次讀P前加X鎖。
  
   樂觀鎖的例子
  樂觀鎖檢測並發沖突的常見的兩種做法:
  1. 使用數據版本(Version)。在P數據上(通常每一行)加version字段(int),A事務在讀數據P 時同時讀出版本號,在修改數據前檢測最新版本號是否等於先前取出的版本號,如果是,則修改,同時把版本號+1;否則要么回滾,要么重新執行事務。另外,數據P的所有修改操作都要把版本號+1。有一個非常重要的點,版本號是用來查看被讀的變量有無變化,而不是針對被寫的變量,作用是防止被依賴的變量有修改。
  2. 使用時間戳(TimeStamp)。做法類似於1中。
總結
  樂觀鎖更適合並發競爭少的情況,最好隔那么3-5分鍾才有一次沖突。當並發量為10時就能明顯感覺樂觀鎖更慢;
  上面只是一讀一寫。考慮如果一個事務中有3個寫,如果每次寫都是九死一生,事務提交比較難,這時就更要考慮是不是要用樂觀鎖了。
  但是,當分布式數據庫規模大到一定程度后,又另說了。基於悲觀鎖的分布式鎖在集群大到一定程度后(從幾百台擴展到幾千台時),性能開銷就打得無法接受。所以目前的趨勢是大規模的分布式數據庫更傾向於用樂觀鎖來達成external consistency。


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