MySQL锁机制详解

MySQL 的锁机制是保证数据一致性、事务隔离性和并发控制的核心。锁可以从粒度（锁定的范围）和类型（锁定的模式）两个主要维度进行分类：

一、按锁的粒度分类 (Lock Granularity)

1. 全局锁 (Global Lock):

   • 锁定范围： 整个数据库实例。
   • 作用： 使数据库处于只读状态。任何对数据的修改操作（DML: INSERT, UPDATE, DELETE）或表结构变更（DDL）都会被阻塞。
   • 实现： FLUSH TABLES WITH READ LOCK (FTWRL)。主要用于逻辑备份（如 mysqldump 配合 --single-transaction 时，对于非事务表或需要保证绝对一致性时）。
   • 影响： 非常重，严重影响整个数据库的写入可用性，应谨慎使用。

2. 表级锁 (Table-Level Lock):

   • 锁定范围： 整张表。
   • 类型：
     • 表共享读锁 (Table Read Lock / Shared Lock):
       • 允许多个会话同时获取该锁并读取表数据。
       • 阻止其他会话获取该表的写锁（即阻塞写操作）。
       • 语法：LOCK TABLES table_name READ;
     • 表独占写锁 (Table Write Lock / Exclusive Lock):
       • 只允许一个会话获取该锁。持有该锁的会话可以读写表数据。
       • 阻止其他会话获取该表的任何读锁或写锁（即阻塞所有读写操作）。
       • 语法：LOCK TABLES table_name WRITE;
   • 特点： 实现简单，开销小；但并发度最低，粒度最粗。一个会话在操作表时（即使是只读），其他会话的写操作（甚至某些读操作）可能被阻塞。
   • 存储引擎： MyISAM, MEMORY 等非事务性存储引擎主要使用表级锁。InnoDB 在特定情况下（如执行某些 DDL 语句 ALTER TABLE 但未使用 ALGORITHM=INPLACE/ALGORITHM=INSTANT，或显式执行 LOCK TABLES）也会使用表级锁。
   • 元数据锁 (Metadata Lock - MDL):
     • 一种特殊的表级锁，由 Server 层管理，与存储引擎无关。
     • 作用： 保护表结构（元数据）的完整性。当对一个表进行 CRUD 操作时，会自动加 MDL 读锁；当要修改表结构（DDL）时，需要加 MDL 写锁。
     • 影响： DDL 操作（如 ALTER TABLE, DROP TABLE）需要等待该表上所有活动事务（持有 MDL 读锁）提交或回滚后才能获取 MDL 写锁。反之，一个长事务持有 MDL 读锁会阻塞后续的 DDL 操作。这是 DDL 操作阻塞或导致阻塞的常见原因。

3. 行级锁 (Row-Level Lock):

   • 锁定范围： 表中的单行记录（或索引记录）。
   • 特点： 粒度最细，并发度最高；但加锁开销最大，管理最复杂。
   • 存储引擎： InnoDB 引擎支持行级锁（也是其实现高并发和事务 ACID 特性的基石）。MyISAM 不支持行级锁。
   • 类型 (详见下文按类型分类): 共享锁 (S), 排他锁 (X), 意向共享锁 (IS), 意向排他锁 (IX), 记录锁 (Record Lock), 间隙锁 (Gap Lock), 临键锁 (Next-Key Lock), 插入意向锁 (Insert Intention Lock)。

二、按锁的类型/模式分类 (Lock Mode)

这主要针对 InnoDB 的行级锁（但也包含表级的意向锁）：

1. 共享锁 (Shared Lock - S Lock):

   • 目的： 用于读取操作（SELECT ... FOR SHARE 或旧语法 SELECT ... LOCK IN SHARE MODE）。
   • 兼容性： 多个事务可以同时持有同一数据行的 S 锁（允许并发读）。
   • 冲突： 与任何 X 锁冲突（即一个事务持有 S 锁时，其他事务不能获得该行的 X 锁进行写操作）。

2. 排他锁 (Exclusive Lock - X Lock):

   • 目的： 用于写入操作（UPDATE, DELETE, INSERT, SELECT ... FOR UPDATE）。
   • 兼容性： 一个数据行上的 X 锁是排他的。
   • 冲突： 与任何其他锁（S 锁或 X 锁）都冲突（即一个事务持有 X 锁时，其他事务不能获得该行的 S 锁或 X 锁）。

3. 意向锁 (Intention Lock - 表级锁):

   • 目的： 表明一个事务“打算”在表中的某些行上加什么类型的行锁。 它们是表级锁，用来协调表级锁请求与行级锁请求，避免 Server 层为了检查行锁兼容性而遍历每一行。
   • 类型：
     • 意向共享锁 (Intention Shared Lock - IS): 事务打算在表中的某些行上设置 S 锁。SELECT ... FOR SHARE 会加 IS 锁。
     • 意向排他锁 (Intention Exclusive Lock - IX): 事务打算在表中的某些行上设置 X 锁。SELECT ... FOR UPDATE, UPDATE, DELETE, INSERT 会加 IX 锁。
   • 兼容性 (表级兼容性):
     • IS 与 IS 兼容，IS 与 IX 兼容。
     • IX 与 IX 不兼容（因为两个事务都打算写不同的行，虽然实际行锁可能不冲突，但表级的 IX 锁本身不兼容）。
     • IS/IX 与表级 S 锁不兼容（LOCK TABLES ... READ）。
     • IS/IX 与表级 X 锁不兼容（LOCK TABLES ... WRITE）。
   • 注意： 意向锁之间不会互相阻塞，它们只阻塞表级的 LOCK TABLES ... READ/WRITE 请求。意向锁的主要作用是快速判断表上是否有行锁冲突，避免低效的行遍历检查。

4. 行级锁的具体实现类型 (InnoDB):

   • 记录锁 (Record Lock):
     • 锁定索引中具体的某一条记录。
     • 总是锁定索引记录（即使表没有显式索引，InnoDB 也会创建一个隐藏的聚集索引）。
     • 阻止其他事务修改、删除这条记录，或者在这条记录上加 X 锁（取决于请求锁的类型）。
   • 间隙锁 (Gap Lock):
     • 锁定索引记录之间的间隙，或者第一个索引记录之前或最后一个索引记录之后的间隙。
     • 目的： 防止其他事务在间隙中插入新记录，从而解决幻读问题（Phantom Read）。
     • 特点： 多个事务可以在同一个间隙上加间隙锁（兼容的）。间隙锁只在 REPEATABLE READ 隔离级别下生效（在 READ COMMITTED 下通常不生效）。
     • 例如：SELECT * FROM t WHERE id BETWEEN 10 AND 20 FOR UPDATE; 会阻止在 id 值 10 到 20 之间的间隙中插入新记录（假设现有记录 id=15）。
   • 临键锁 (Next-Key Lock):
     • InnoDB 默认的行锁模式。
     • 它是 记录锁 (Record Lock) + 间隙锁 (Gap Lock) 的组合。
     • 锁定索引记录本身以及该索引记录之前的间隙。
     • 目的： 结合了记录锁和间隙锁的功能，在 REPEATABLE READ 级别下提供更强的幻读防护。它不仅锁定扫描到的行，还锁定这些行之前的间隙，防止新行插入到间隙中导致幻读。
     • 例如：如果索引包含值 10, 11, 13, 20。SELECT * FROM t WHERE id > 11 AND id < 20 FOR UPDATE; 的临键锁可能会锁定 (11, 13], (13, 20) 区间（具体范围取决于执行计划和数据分布）。
   • 插入意向锁 (Insert Intention Lock):
     • 一种特殊的间隙锁。
     • 目的： 表示一个事务打算在某个间隙中插入新记录。多个事务只要插入的位置（间隙）不冲突（即使在同一间隙内插入不同位置），它们可以同时持有该间隙上的插入意向锁。
     • 冲突： 插入意向锁之间不会互相冲突（允许多个事务并发插入到同一个间隙的不同位置），但它会等待该间隙上已经存在的其他类型的锁（如 Gap Lock, Next-Key Lock）释放。这是为了避免插入操作阻塞而设计的信号锁。

5. 自增锁 (AUTO-INC Lock - 表级锁):

   • 目的： 专为具有 AUTO_INCREMENT 列的表设计，用于在插入操作时安全地生成自增值。
   • 特点： 这是一种特殊的表级锁。当一个事务向包含 AUTO_INCREMENT 列的表插入数据时，它必须获取该表的自增锁。持有锁的事务会生成连续的自增值。这可能导致向同一个表插入数据的多个事务之间出现串行化现象（特别是在 INSERT ... SELECT 这种批量插入时）。
   • 模式： MySQL 5.1+ 引入了配置选项 innodb_autoinc_lock_mode 来优化自增锁的行为（0: traditional, 1: consecutive (default), 2: interleaved），以在数据安全性和插入并发度之间取得平衡。

总结与关键点

1. 粒度选择： 优先使用行级锁（InnoDB）以获得高并发。理解表级锁（尤其是 MDL）的影响。
2. 锁类型核心： S 锁（读锁）和 X 锁（写锁）是基础。意向锁（IS/IX）是表级辅助锁。
3. InnoDB 行锁实现： 理解 Record Lock, Gap Lock, Next-Key Lock, Insert Intention Lock 的作用和触发条件至关重要，特别是在 REPEATABLE READ 隔离级别下解决幻读问题。
4. 元数据锁 (MDL)： DDL 操作阻塞或被阻塞的常见元凶。
5. 自增锁： 影响插入性能，可通过 innodb_autoinc_lock_mode 调整。
6. 隔离级别： 锁的行为（特别是 Gap Lock 和 Next-Key Lock 的使用）强烈依赖于事务的隔离级别（READ COMMITTED vs REPEATABLE READ）。
7. 死锁： 细粒度的行锁和复杂的加锁顺序增加了死锁的可能性。InnoDB 有死锁检测和回滚机制。

理解 MySQL 的各种锁及其交互方式是进行高性能数据库设计、优化 SQL 查询、诊断并发问题和解决死锁的基础。务必结合具体的存储引擎（主要是 InnoDB）和事务隔离级别来分析锁的行为。