INNODB锁（2）

在上一篇文章写了锁的基本概述以及行锁的三种形式，这一篇的主要内容如下：

• 一致性非锁定读
• 自增长与锁
• 外键和锁

一致性性非锁定读

一致性非锁定读是InnoDB通过多版本并发控制（MVCC，multi version concurrency control）的方式来读取当前执行时间数据库中的最近一次快照，如果读取的行正在执行DELETE、UPDATE操作，这时读取操作不会等待行上锁的释放，相反，InnoDB存储引擎会去读取行的一个快照数据，如下图：

上图直观地展示了InnoDB存储引擎一致性的非锁定读，之所以称其为非锁定读，因为不需要等待访问的行上X锁的释放。快照数据是指该行之前版本的数据，该实现是通过Undo段来实现，而Undo用来在事务中回滚数据，因此快照数据本身是没有额外的开销。此外，读取快照数据是不需要上锁的，因为没有必要对历史的数据进行修改。

可以看到，非锁定读的机制大大提高了数据读取的并发性，在InnoDB存储因为默认设置下，这是默认的读取方式，即读取不会占用和等待表上的锁。但是在不同事务隔离级别下，读取的方式不同，并不是每个事务隔离级别下读取的都是一致性读。同样，即使都是使用一致性读，但是对于快照数据的定义也不相同。

通过上图，我们可以看出快照数据其实就是当前数据之前的历史版本，可能有多个版本。一个行可能又不止一个快照数据。我们称这种技术为行多版本技术。由此带来的并发控制，称之为多版本并发控制（MVCC，multi version concurrency control）

在READ COMMITTED和REPEATABLE READ下，InnoDB存储引擎使用非锁定的一致性读。然而，对于快照数据的定义却不相同。在READ COMMITTED事务隔离级别下，对于快照数据，非一致性读总是读取被锁定行的最新一份快照数据。在REPEATABLE READ事务隔离级别下，对于快照数据，非一致性读总是读取事务开始时的行数据版本。下面看一个列子：

时间序列	会话A	会话B
1	mysql> begin;   #开启一个事务 Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) mysql> select * from tb1 where a = 5; +---+ | a | +---+ | 5 | +---+ 1 row in set (0.00 sec)
2		mysql> begin; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec) mysql> update tb1 set a = 13 where a = 5; Query OK, 1 row affected (0.00 sec) Rows matched: 1  Changed: 1  Warnings: 0 #开启一个事务B，更新同一条数据
3	#这时候RR和RC隔离级别，查询到的数据都是如下（都解决了脏读问题）： mysql> select * from tb1 where a = 5; +---+ | a | +---+ | 5 | +---+ 1 row in set (0.00 sec)
4		#提交事务 mysql> commit; Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)
5	#在RR的隔离级别下数据读到的数据如下：读取事务开始时的版本 mysql> select * from tb1 where a = 5; +---+ | a | +---+ | 5 | +---+ 1 row in set (0.00 sec)
6	#在RC的隔离级别下读到的数据如下：总是读取最新的一份快照数据。 mysql> select * from tb1 where a = 5; Empty set (0.00 sec) #这里我们提到过，同一个事务中两次读到的数据并不一样，其实违反了事务的隔离性，出现了幻读！

自增长和锁

自增长在数据库中是非常常见的一种属性，也是很多DBA或开发人员首选的主键方式。在InnoDB存储引擎的内存结构中，对每个含有自增长值的表都有一个自增长计数器。当对含有自增长的计数器的表进行插入操作时，这个计数器会被初始化，执行如下的语句来得到计数器的值：

select max(auto_inc_col) from t for update;

插入操作会依据这个自增长的计数器值加1赋予自增长列。这个实现方式称为AUTO-INC Locking。这种锁其实是采用一种特殊的表锁机制，为了提高插入的性能，锁不是在一个事务完成后才释放，而是在完成对自增长值插入的SQL语句后立即释放。【注意自增锁释放的时机】

虽然AUTO-INC Locking从一定程度上提高了并发插入的效率，但还是存在一些性能上的问题。首先，对于有自增长值的列的并发插入性能较差，事务必须等待前一个插入的完成，虽然不用等待事务的完成。其次，对于INSERT….SELECT的大数据的插入会影响插入的性能，因为另一个事务中的插入会被阻塞。

从MySQL 5.1.22版本开始，InnoDB存储引擎中提供了一种轻量级互斥量的自增长实现机制，这种机制大大提高了自增长值插入的性能。并且从该版本开始，InnoDB存储引擎提供了一个参数innodb_autoinc_lock_mode来控制自增长的模式，该参数的默认值为1。在继续讨论新的自增长实现方式之前，需要对自增长的插入进行分类。如下说明：

• insert-like：指所有的插入语句，如INSERT、REPLACE、INSERT…SELECT，REPLACE…SELECT、LOAD DATA等。
• simple inserts：指能在插入前就确定插入行数的语句，这些语句包括INSERT、REPLACE等。需要注意的是：simple inserts不包含INSERT…ON DUPLICATE KEY UPDATE这类SQL语句。
• bulk inserts：指在插入前不能确定得到插入行数的语句，如INSERT…SELECT，REPLACE…SELECT，LOAD DATA。
• mixed-mode inserts：指插入中有一部分的值是自增长的，有一部分是确定的。入INSERT INTO t1(c1,c2) VALUES(1,’a’),(2,’a’),(3,’a’)；也可以是指INSERT…ON DUPLICATE KEY UPDATE这类SQL语句。

接下来分析参数innodb_autoinc_lock_mode以及各个设置下对自增长的影响，其总共有三个有效值可供设定，即0、1、2，具体说明如下：

• 0：这是MySQL 5.1.22版本之前自增长的实现方式，即通过表锁的AUTO-INC Locking方式，因为有了新的自增长实现方式，0这个选项不应该是新版用户的首选了。
• 1：这是该参数的默认值，对于”simple inserts”，该值会用互斥量（mutex）去对内存中的计数器进行累加的操作。对于”bulk inserts”，还是使用传统表锁的AUTO-INC Locking方式。在这种配置下，如果不考虑回滚操作，对于自增值列的增长还是连续的。并且在这种方式下，statement-based方式的replication还是能很好地工作。需要注意的是，如果已经使用AUTO-INC Locing方式去产生自增长的值，而这时需要再进行”simple inserts”的操作时，还是需要等待AUTO-INC Locking的释放。
• 2：在这个模式下，对于所有”INSERT-LIKE”自增长值的产生都是通过互斥量，而不是AUTO-INC Locking的方式。显然，这是性能最高的方式。然而，这会带来一定的问题，因为并发插入的存在，在每次插入时，自增长的值可能不是连续的。此外，最重要的是，基于Statement-Base Replication会出现问题。因此，使用这个模式，任何时候都应该使用row-base replication。这样才能保证最大的并发性能及replication主从数据的一致。

mysql> show variables like "innodb_autoinc_lock_mode";         #这个数值默认是1，并且是个只读的变量，不能改变，可以从源码改变
+--------------------------+-------+
| Variable_name            | Value |
+--------------------------+-------+
| innodb_autoinc_lock_mode | 1     |
+--------------------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)

mysql> set global innodb_autoinc_lock_mode = 2;
ERROR 1238 (HY000): Variable 'innodb_autoinc_lock_mode' is a read only variable

这里需要特别注意，InnoDB跟MyISAM不同，MyISAM存储引擎是表锁设计，自增长不用考虑并发插入的问题。因此在master上用InnoDB存储引擎，在slave上用MyISAM存储引擎的replication架构下，用户可以考虑这种情况。

另外，InnoDB存储引擎，自增持列必须是索引，同时必须是索引的第一个列，如果不是第一个列，会抛出异常，而MyiSAM不会有这个问题。

在给一个字段设置自增之后，从起始值开始，每次加1，那么这个起始值和步长是以下两个参数控制的：

mysql> show variables like "auto_increment%";
+--------------------------+-------+
| Variable_name            | Value |
+--------------------------+-------+
| auto_increment_increment | 1     |          #设置自增值的起始值
| auto_increment_offset    | 1     |          #设置自增值的步长
+--------------------------+-------+
2 rows in set (0.00 sec)

mysql> set auto_increment_increment = 2;      #设置起始值为2
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> set auto_increment_offset = 2;         #设置步长为2
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

mysql> create table test1(id int auto_increment primary key, name varchar(20));    #创建表，插入测试数据
Query OK, 0 rows affected (0.05 sec)

mysql> insert into test1(name) values("zhao");
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

mysql> insert into test1(name) values("qian");
Query OK, 1 row affected (0.01 sec)

mysql> insert into test1(name) values("sun");
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

mysql> select * from test1;
+----+------+
| id | name |
+----+------+
|  2 | zhao |
|  4 | qian |
|  6 | sun  |
+----+------+
3 rows in set (0.00 sec)

外键和锁：

简单说一下外键，外键主要用于引用完整性的约束检查。在InnoDB存储引擎中，对于一个外键列，如果没有显示地对这个列加索引，InnoDB存储引擎会自动对其加一个索引，因为这样可以避免表锁。这比Oracle数据库做得好，Oracle数据库不会自动添加索引，用户必须自己手动添加，这也导致了Oracle数据库中可能产生死锁。

对于外键值的插入或更新，首先需要检查父表中的记录，既SELECT父表。但是对于父表的SELECT操作，不是使用一致性非锁定读的方式，因为这会发生数据不一致的问题，因此这时使用的是SELECT…LOCK IN SHARE MODE方式，即主动对父表加一个S锁。如果这时父表上已经这样加X锁，子表上的操作会被阻塞，如下：

实例如下：

# 创建parent表;
create table parent(
  tag_id int primary key auto_increment not null,
  tag_name varchar(20)
);

# 创建child表;
create table child(
  article_id int primary key auto_increment not null,
  article_tag int(11),
  CONSTRAINT  tag_at FOREIGN KEY (article_tag) REFERENCES parent(tag_id)
);

# 插入数据;
insert into parent(tag_name) values('mysql');
insert into parent(tag_name) values('oracle');
insert into parent(tag_name) values('mariadb');

开始测试

# Session A
mysql> begin
mysql> delete from parent where tag_id = 3;

# Session B
mysql> begin
mysql> insert into child(article_id,article_tag) values(1,3);   #阻塞

第二列是外键，执行该语句时被阻塞。

在上述的例子中，两个会话中的事务都没有进行COMMIT或ROLLBACK操作，而会话B的操作会被阻塞。这是因为tag_id为3的父表在会话中已经加了一个X锁，而此时在会话B中用户又需要对父表中tag_id为3的行加一个S锁，这时INSERT的操作会被阻塞。设想如果访问父表时，使用的是一致性的非锁定读，这时Session B会读到父表有tag_id=3的记录，可以进行插入操作。但是如果会话A对事务提交了，则父表中就不存在tag_id为3的记录。数据在父、子表就会存在不一致的情况。若这时用户查询INNODB_LOCKS表，会看到如下结果：

mysql> select * from information_schema.innodb_locks\G
*************************** 1. row ***************************
    lock_id: 3359:35:3:4
lock_trx_id: 3359
  lock_mode: S
  lock_type: RECORD
 lock_table: `test`.`parent`
 lock_index: PRIMARY
 lock_space: 35
  lock_page: 3
   lock_rec: 4
  lock_data: 3
*************************** 2. row ***************************
    lock_id: 3358:35:3:4
lock_trx_id: 3358
  lock_mode: X
  lock_type: RECORD
 lock_table: `test`.`parent`
 lock_index: PRIMARY
 lock_space: 35
  lock_page: 3
   lock_rec: 4
  lock_data: 3
2 rows in set, 1 warning (0.00 sec)

从锁结构可以看出，对于parent表加了两个锁，一个S锁和一个X锁。

博文基本摘自inside君的《MySQL技术内幕--INNODB存储引擎》，实际地址来自：http://www.ywnds.com/?p=9129