MySQL學習之全域性鎖和表鎖

thinkabel發表於2021-02-08

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資料庫鎖設計的初衷是為了處理併發問題。作為多使用者共享的資源,當出現併發訪問的時候,資料庫需要合理地控制資源訪問的規則,鎖就是用來實現這些訪問規則的重要資料結構。

在MySQL裡鎖分為三類,全域性鎖,表級鎖,行鎖。

全域性鎖

全域性鎖就是對整個資料庫例項加鎖,MySQL提供了一個加全域性讀鎖的方法,命令是 Flush tables with read lock (FTWRL),使用了全域性鎖,會讓整個庫處於只讀狀態。

我們只要一聽到整個庫加鎖,就感覺很危險。為什麼這樣講呢?

1、如果在主庫上進行備份的話,備份期間更新操作是無法執行的,業務基本上就處於停擺狀態;

2、如果在從庫上進行備份,備份期間從庫不能執行主庫同步過來的binlog,會導致主從延遲。

這時你可能會想,既然這麼不好,為什麼還要使用全域性鎖呢?

全域性鎖的典型使用場景是用來做全庫備份使用。設想一下,不加全域性鎖會有什麼問題?

比如:使用者買東西,首先會從餘額里扣除金額,然後在訂單裡新增商品。如果備份資料庫,不加鎖,並且備份順序為先備份用餘額,再備份訂單商品,有可能備份了使用者餘額後,使用者下訂單買東西提交事務,然後再備份訂單商品表, 此時訂單商品已存在。最後備份出來的資料為。最後使用者餘額為買東西前的餘額,沒有減少,但是訂單商品卻多了。

也就是說,如果不加鎖,不同表之間執行順序不同,進而導致備份時間不同,此時備份系統可能會得到不是一個時間的點的資料,檢視是不一致的。

看到這裡,是不是會想到一個機制,我們讓檢視一致不就好了嗎?是的,說的沒錯。保證檢視一致的事務隔離級別是什麼?可重複讀。但是不要忘記了,不是所有的引擎都是支援事物的,所以也就是說,不支援事務的引擎沒有辦法使用可重複讀隔離級別,來保證一致性讀。

官方自帶的邏輯備份工具是 MySQLdump, 當mysqldump 使用引數** –single-transaction 時候,會啟用一個事務,來確保拿到一致性檢視。**

思考

既然是全庫只讀,為什麼不使用set global readonly=true的方式?

1、在有些系統中,readonly是被用作其他邏輯使用的, 比如判斷一個庫是否為主庫還是備庫, 修改 global 變數方式影響太大。

2、異常處理機制上有差異.如果FTWRL命令執行之後客戶端發生異常斷開, MySQL會自動釋放這個全域性鎖, 整個庫是可以正常更新的狀態。但是如果設定了readonly,即使發生異常,資料庫會一直保持只讀狀態,長時間處於不可寫的狀態,風險極大

表級鎖

MySQL中,表級鎖有兩種,一種是表鎖,一種是後設資料鎖。

表鎖

表鎖的語法是 lock tables 表名 read、write,可以使用unlock tables 進行主動釋放鎖,也可以在客戶端斷開時自動釋放。

lock tables 語法除了會限制別的執行緒讀寫外,也會限制本執行緒的操作物件。

例子:

    在某個執行緒A 中執行 lock tables t1 read, t2 write;這個語句,其他執行緒寫t1、讀寫t2的語句都會被阻塞。同時,執行緒A在執行unlock tables 之前,也只能執行讀 t1, 讀寫t2的操作。寫t1都是不允許的。

可以理解為寫是排它鎖,寫鎖意味著其他執行緒不能讀也不能寫。讀鎖是共享鎖,加上後其他鎖只能讀,不能寫,本執行緒也不能寫。

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後設資料鎖(metadata lock, MDL)

MDL 不需要顯式使用, 在訪問一個表時會自動加上。MDL的作用是,保證讀寫的正確性。

如果一個查詢正在遍歷一個表中的資料,而執行期間另一個執行緒對這個表結構做變更,刪了一列,那麼查詢執行緒拿到的結果跟表結構對不上,肯定是不行的。

MDL 是server層的表級鎖,也是表結構鎖,主要是用於隔離 DML和DDL操作之間的干擾。對一個表進行正刪改查操作的時候,加MDL讀鎖;對一個表做表結構變更的時候,加MDL寫鎖。(MDL加鎖過程是系統自動控制,無法直接干預,讀讀共享,讀寫互斥,寫寫互斥)

  • 讀鎖之間不互斥,可以有多個執行緒同時對一張表進行增刪改查

  • 讀寫鎖之間,寫鎖之間是互斥的,用來保證變更表結構操作的安全性。如果有兩個執行緒同時給一個表加欄位,其中一個要等另一個完成後才能執行

思考

這裡我會產生一個疑問,為什麼讀鎖之間不互斥,其他執行緒還可以進行增刪改查?

 因為在對一個表進行增刪改查的時候,系統會自動加上一個MDL讀鎖,這個讀鎖是表結構的讀鎖,增刪改查並不會改變表結構,讀鎖自然會不會進行互斥,多個執行緒可以同時進行增刪改查操作;這個時候如果加了讀鎖,其它執行緒中有需要改變表結構的,這時改表結構的執行緒會加上一個MDL寫鎖,現在讀鎖和寫鎖就會進行互斥,所以讀鎖加了之後,寫鎖是需要等待的,同理,加了寫鎖,讀鎖也需要等待的,其他的寫鎖也是需要等待的。

為什麼我給一個小表加個欄位,導致整個庫掛掉了?

 我們知道,給一個表加欄位,修改索引,新增索引,都會進行全表掃描。舉個例子:

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(事務 示意圖)

  • session A 啟動,這時會對錶 t 加上一個 MDL 讀鎖

  • session B 進行查詢,這時也會對錶 t 加上一個 MDL 讀鎖,讀鎖與讀鎖之間並不互斥,因此可以正常執行。

  • session C 進行表結構修改,此時會對錶** t 加上一個 MDL 寫鎖**,這時session A 的 MDL 讀鎖還未釋放,寫鎖和讀鎖同時存在,造成互斥,目前只有等待 讀鎖釋放,所以需要等待。

  • 這時session D 進行查詢,申請MDL讀鎖,這時候也會被阻塞,處於等待狀態。

    所有對錶操作增刪改查都需要申請MDL讀鎖,就都被鎖住,此時的表完全不可讀寫了。

這裡為什麼C等待拿鎖之後,D也會被阻塞呢?如果按照併發理解的話,C,D應該是同一等級,都有可能拿到鎖,但C讀寫鎖互斥,D為讀讀鎖應該是共享的呀,並不互斥啊?

** 因為MDL鎖在申請時會形成一個佇列,佇列中 寫鎖獲取優先順序高於讀鎖。一但寫鎖出現等待,不但當前事務會造成阻塞,同時還會阻塞後續該表的所有操作。**

** 事務一旦申請到MDL鎖後,一直等到事務結束後才會進行釋放鎖。**

如何安全的給小表加欄位

事務一旦申請到MDL鎖後,在語句執行開始申請,語句結束並不會釋放鎖,**一直等到事務結束後才會進行釋放鎖。**

首先要解決長事務,事務不提交,就會一直站著MDL鎖。如果要做DDL變更的表剛好有長事務在執行,要考慮暫停DDL,或者kill掉這個長事務。

思考

要變更的表是熱點表,資料不大,但請求頻繁,現在不得不加欄位,該怎麼辦?

 這時候kill掉長事務未必可用了,因為請求很頻繁。在 alter table 語句裡面設定等待時間,如果在這個指定等待時間拿到 MDL 寫鎖最好, 拿不到就先放棄,之後等DBA重試命令重複這個過程。

** MariaDB10.3 增補AliSQL補丁-DDL FAST FAIL,讓其DDL操作快速失敗。**

ALTER TABLE tbl_name NOWAIT add column ...

ALTER TABLE tbl_name WAIT N add column ...
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