数据库锁介绍

1.数据库锁

事务的隔离级别

读未提交（Read Uncommitted）

读已提交（Read Committed）

可重复读（Repeatable Read）

串行化（Serializable）

幻读和不可重复读区别

2.Mysql中有哪几种锁及功能简介

共享锁（Shared Locks, S锁）

显式锁定-->SELECT ... LOCK IN SHARE MODE

暗式锁定

注意事项

排他锁（Exclusive Locks, X锁）

语法规则

主要用途

特点

注意事项

意向锁（Intention Locks）

行锁（Row-level Locks）

目的与好处

分类

应用场景

注意事项

总结

表锁（Table-level Locks）

目的与优缺点

分类

应用场景

注意事项

总结

元数据锁（Metadata Locks）

加锁与解锁

锁的类型

锁等待与死锁

查看MDL锁

实践建议

全局锁（Global Locks）

场景与用途

影响与限制

使用示例（MySQL）

注意事项

间隙锁（Gap Locks）和Next-Key Lock

目的与作用

工作原理

应用场景

注意事项

实践建议

1.数据库锁

在数据库系统中，锁（Locking）是一种并发控制机制，用于管理多用户或多事务同时访问相同数据资源时可能出现的竞争状态，确保数据的一致性和完整性。

SQL中的锁目的

防止并发修改：通过锁定数据资源，阻止多个事务同时修改同一数据，从而避免数据不一致或冲突。

保持事务隔离性：确保事务之间的操作互不影响，实现事务的隔离级别，如读已提交（Read Committed）、可重复读（Repeatable Read）和串行化（Serializable）等。

事务的隔离级别

事务的隔离级别是数据库系统中用于管理并发事务访问数据时的一致性和完整性的策略。根据ACID（原子性、一致性、隔离性、持久性）原则中的隔离性要求，不同的隔离级别提供了不同的并发控制策略，以平衡数据一致性与系统性能。下面是事务的四种主要隔离级别及其特点：

读未提交（Read Uncommitted）

这是最宽松的隔离级别，允许一个事务读取另一个事务未提交的数据（即“脏读”）。这意味着事务可以看到其他事务正在处理但尚未确认的数据变更。这可能导致不一致的读取和数据损坏，因此在实际应用中很少使用。

读已提交（Read Committed）

在这个级别，事务只能读取其他事务已经提交的数据。虽然避免了脏读，但事务在多次读取同一数据时可能会得到不同的结果（即“不可重复读”），因为其他事务可能在这两次读取之间提交了更新。这是许多数据库系统的默认隔离级别。

可重复读（Repeatable Read）

提供了比读已提交更强的隔离，确保在同一个事务中多次读取同一数据时，结果总是一致的，即使其他事务在这期间提交了更新。然而，这种隔离级别可能会遇到“幻读”问题，即同一事务内连续两次执行相同的查询可能返回不同的行数，因为其他事务可能在第一次和第二次查询之间插入了新行。InnoDB存储引擎在默认的可重复读隔离级别下通过多版本并发控制（MVCC）避免了幻读。

串行化（Serializable）

这是最严格的隔离级别，通过完全序列化事务来避免脏读、不可重复读和幻读。在串行化下，事务会按照一定的顺序执行，如同它们被一个个排队执行一样，因此不会有任何并发问题。然而，这也意味着事务之间的并发能力大大降低，可能导致严重的性能瓶颈，尤其是在高并发环境下。

选择适当的隔离级别需要权衡数据一致性和系统吞吐量的需求。较低的隔离级别可以提高并发性能，但可能需要应用程序开发者采取额外措施来维护数据的一致性；而较高的隔离级别虽然提供了更强的数据一致性保证，却可能牺牲系统的并发处理能力。

幻读和不可重复读区别

幻读重点:新增或删除-->比如多次读取一条记录发现记录增多或减少了

不可重复读重点: 修改-->比如多次读取一条记录发现其中某些列的值被修改.

2.Mysql中有哪几种锁及功能简介

MySQL数据库支持多种类型的锁来管理并发访问和事务处理，以下是MySQL中主要的几种锁以及它们的功能概述：

共享锁（Shared Locks, S锁）
功能：当一个事务对数据行加共享锁时，它只能读取该行数据，不允许修改。多个事务可以同时获取同一数据行的共享锁，因此多个事务可以同时读取同一数据行，但都不允许修改。
显式锁定-->SELECT ... LOCK IN SHARE MODE
当你希望读取数据时确保不会有其他事务修改这些数据，可以使用LOCK IN SHARE MODE。这会为读取的数据加上共享锁，直到当前事务结束（提交或回滚）才会释放锁。
SELECT * FROM table WHERE some_column = #{some_value} LOCK IN SHARE MODE;
显式锁定示例-->两个并发事务
事务A执行
-- 开启一个新的数据库事务
START TRANSACTION; 
SELECT * FROM your_table WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;
-- 这里可以进行一些逻辑判断，但不修改数据
COMMIT;
事务B执行
START TRANSACTION;
UPDATE your_table SET column_name = 'new_value' WHERE id = 1;
-- 如果事务A的共享锁还未释放，此UPDATE将等待
COMMIT;
结论:事务B的更新操作必须等待事务A完成并释放共享锁后才能执行，确保了数据在事务A读取期间不被修改。
暗式锁定

在某些数据库系统中，事务的隔离级别会影响锁的自动应用。例如，在MySQL的可重复读（Repeatable Read）隔离级别下，InnoDB存储引擎会自动为读取的行加上共享锁，但这通常发生在特定条件和查询类型下，如范围查询。
注意事项

使用共享锁和其他锁机制时，要小心死锁的风险，尤其是在复杂的事务处理中。
不同的数据库管理系统和存储引擎对锁的处理细节可能有所不同，因此在实际应用时需参考相应数据库的文档。
共享锁通常用于读取密集型的应用场景，以确保数据的非修改性视图，但可能会影响写操作的并发性能。

排他锁（Exclusive Locks, X锁）

是数据库管理系统中用于控制并发事务访问数据的一种机制，它提供了最高级别的数据保护。 当一个事务对数据项(表,行,页)加排他锁时，它拥有对数据行的完全控制权，既可以读也可以写，其他任何事务都无法再对该数据项进行读取或修改，直到拥有排他锁的事务结束并释放锁。

语法规则

在MySQL的InnoDB存储引擎中，使用FOR UPDATE子句在SELECT查询中显式申请排他锁
--开启事务
START TRANSACTION;
--for update 申请排它锁
SELECT * FROM your_table WHERE condition FOR UPDATE;
-- 执行更新操作
UPDATE your_table SET column=value WHERE condition;
--提交事务
COMMIT;
这里的FOR UPDATE确保了被选中的行被加上了排他锁，直到事务结束（提交或回滚）

主要用途

写保护：确保在事务进行写操作（如INSERT、UPDATE、DELETE）时，没有其他事务可以同时读取或修改该数据，从而防止数据不一致和脏读、不可重复读、幻读等问题。
序列化事务：在最高的事务隔离级别（串行化）中，所有事务都会在开始时获取所需的全部数据的排他锁，从而强制事务按照一定的顺序执行，确保事务的可串行化。

特点

独占性：同一时间内，只有一个事务能持有特定数据项的排他锁。
互斥性：如果有事务已经持有了某数据项的排他锁，其他任何事务都无法再获取该数据项的共享锁或排他锁。
读写互斥：即使是读操作，也无法在已有排他锁的情况下进行，除非该锁由当前事务持有。
范围：排他锁可以作用于不同粒度，如整个表、特定索引记录或记录间的间隙等，具体取决于数据库系统的实现和所使用的锁类型。

示例

在SQL中，通常不需要直接请求排他锁，因为在执行修改操作时，数据库系统会自动为涉及的数据加排他锁。但是，某些数据库系统（如PostgreSQL）提供了显式锁定的命令，如：
BEGIN;
SELECT * FROM your_table WHERE id = 1 FOR UPDATE; -- 加排他锁
-- 进行更新操作
UPDATE your_table SET column_name = 'new_value' WHERE id = 1;
COMMIT; -- 提交事务，释放锁
在这个例子中，FOR UPDATE子句用于在读取记录时显式地加排他锁，确保接下来的更新操作不会与其他事务冲突。

注意事项

性能影响：排他锁会显著减少并发性，可能引起事务等待，从而影响数据库的整体性能。
死锁风险：不当的锁使用顺序可能导致事务间相互等待对方释放锁，形成死锁。
锁超时：某些数据库系统允许设置锁等待超时，超过指定时间未获取到锁的事务会被终止或回滚。

排他锁是确保数据完整性和事务隔离性的重要机制，但在设计数据库操作和事务时，需要谨慎平衡其带来的并发控制优势与潜在的性能开销。

意向锁（Intention Locks）

意向锁（Intent Lock）是数据库管理系统中用于支持多粒度锁机制的一个概念，主要应用于InnoDB等支持行级锁的存储引擎。意向锁本身并不直接锁定数据行，而是作为更高层次锁（如表锁）与行锁之间的一个协调机制，用来表明事务有意向对表中的某些行施加更细粒度的锁。

意向锁分为两种:

意向共享锁（Intent Shared Lock, IS锁）
当一个事务打算对表中的某些行加共享锁（S锁）时，首先会给整个表加上一个意向共享锁。这表明有事务想要读取表中的某些数据行，但具体哪些行待定。其他事务可以继续获取该表的意向共享锁，但不能获取意向排他锁或排他锁。

意向排他锁（Intent Exclusive Lock, IX锁）

当一个事务打算对表中的某些行加排他锁（X锁）时，首先会给整个表加上一个意向排他锁。这表明有事务想要修改表中的某些数据行，同样，具体哪些行待定。一旦表上存在意向排他锁，其他任何新的排他锁或共享锁请求都将被阻塞，但可以继续获取意向共享锁。

目的与作用：

减少锁开销：意向锁使得数据库管理系统无需检查每一行的锁状态来决定是否可以给表加锁，只需查看表级的意向锁即可快速做出判断。
支持多粒度锁：通过意向锁，数据库可以同时支持表锁和行锁，既保证了细粒度的并发控制，又避免了每次操作都需要检查整个表的锁状态，提高了效率。
锁兼容性：意向锁的存在帮助实现了锁的兼容性检查，例如意向共享锁与意向共享锁兼容，意向排他锁与意向共享锁不兼容，但与意向排他锁兼容，这样的设计是为了避免死锁和提高并发性能。

应用场景：

当事务需要对表中的某几行数据进行修改时，首先会请求意向排他锁，然后对具体行加排他锁，这样可以阻止其他事务对表进行写操作，同时允许其他事务进行读操作（通过获取共享锁），直到事务结束释放所有锁。

总结：

意向锁是一种间接锁，它不直接控制数据的访问权限，而是作为行锁的前置信号，帮助数据库高效地管理多粒度锁的兼容性和冲突检测，是实现细粒度并发控制的关键组件之一。在设计和优化数据库应用时，理解意向锁的工作原理对于提高事务处理效率和并发性有着重要意义。

行锁（Row-level Locks）

简介:行锁是最细粒度的锁，锁定数据库表中特定的一行数据，仅影响这一行的并发访问。InnoDB存储引擎支持行锁，它可以实现很高的并发性，特别是对于大量并发读写的场景。

目的与好处

减少锁争用：相比表锁，行锁只锁定需要修改或查询的具体行，而不是整个表，这样可以大幅度减少并发事务之间的等待和锁冲突。
提高并发性：在多用户环境中，行锁允许更多的事务同时执行，特别是读取操作，因为读取一般不会相互阻塞。
减少死锁：细粒度的锁降低了事务之间相互等待锁资源的概率，减少了死锁发生的可能性。

分类

共享行锁（S锁，Shared Locks）：用于读取操作，允许事务读取一行数据，但不允许其他事务修改此行。多个事务可以同时持有同一行的共享锁。
排他行锁（X锁，Exclusive Locks）：用于写入操作，当事务需要修改一行数据时，会获取该行的排他锁，阻止其他任何事务（包括读取和写入）访问该行。

应用场景

SELECT ... FOR UPDATE：当事务需要确保读取的数据不会被其他事务修改时，可以使用此语句获取被读取行的排他锁。
SELECT ... LOCK IN SHARE MODE：当事务需要确保读取的数据在事务期间不会被其他事务删除或修改时，可以使用此语句获取被读取行的共享锁。
INSERT、UPDATE、DELETE：在执行这些修改操作时，数据库自动为受影响的行加上排他锁，确保数据一致性。

注意事项

锁升级与降级：某些数据库系统可能支持锁从行级升级到表级或反之，以适应不同操作的需求。
死锁：尽管行锁提高了并发性，但不恰当的事务设计仍可能导致死锁。数据库系统通常有死锁检测和解决机制。
性能影响：行锁的管理比表锁更为复杂，可能会增加数据库的内存和CPU开销。
锁粒度与隔离级别：行锁的效果受到数据库事务隔离级别的影响，如在可重复读（Repeatable Read）隔离级别下，InnoDB使用多版本并发控制（MVCC）来减少行锁的使用。

总结

最小化锁持有时间：尽可能快地完成事务，减少锁占用的时间。
合理安排事务顺序：避免循环等待锁，减少死锁风险。
使用适当的事务隔离级别：根据业务需求选择合适的事务隔离级别，平衡数据一致性和性能。

行锁是数据库并发控制中的重要工具，理解其工作原理和应用方式对于设计高性能、高并发的数据库应用至关重要。

表锁（Table-level Locks）

简介：表锁锁定的是整个数据表，MyISAM存储引擎默认采用表锁，意味着只要有一个事务在某张表上持有了表锁，其他事务对这张表的所有操作（读写）都将被阻塞。

目的与优缺点

简单性：表锁机制简单，易于理解和实施，减少了数据库管理系统的复杂度。
全局锁：对整个表进行锁定，可以有效防止并发事务对表结构的修改，如ALTER TABLE、DROP TABLE操作。
低并发性：由于表锁的粒度大，当一个事务持有表锁时，其他事务即使只想读取或修改表中未被第一个事务涉及的部分数据，也必须等待，这大大降低了系统的并发性能。
锁竞争：在高并发环境下，表锁容易引发锁等待和锁竞争，导致事务响应时间延长，甚至出现死锁。

分类

共享表锁（Shared Table Locks, S锁）：允许事务读取表中的数据，但不允许其他事务修改表结构或数据。多个事务可以同时持有表的共享锁。
--LOCK TABLES 加表锁
--READ表示加共享锁,允许其他事务也加共享锁来读取数据，但会阻止任何事务加排他锁进行写操作
LOCK TABLES table_name READ;
--解锁表
UNLOCK TABLES;
排他表锁（Exclusive Table Locks, X锁）：当事务需要对表进行写操作（如INSERT、UPDATE、DELETE）或修改表结构时，会获取排他锁，阻止其他任何事务访问该表，包括读取和写入。
--加排他锁，期间其他任何事务都不能读取或修改该表的数据
LOCK TABLES table_name WRITE;
应用场景

DDL操作：执行表结构更改（如增加列、修改列定义）时，数据库通常会自动获取表的排他锁，以确保数据一致性。
大数据操作：在执行全表扫描、批量插入或删除大量数据时，有时会选择使用表锁，以减少锁开销，尽管这会牺牲并发性。
简单应用或低并发环境：在并发要求不高或数据表较小的场景，表锁的管理成本较低，可以接受其并发性能的限制。

注意事项

事务影响：使用LOCK TABLES和UNLOCK TABLES会隐式提交当前事务，因此在事务上下文中使用时要谨慎
性能影响：在高并发或大数据表中，表锁可能导致严重的性能瓶颈，因为它限制了所有对表的操作。
死锁风险：尽管表锁较为简单，但如果多个事务按顺序请求不同表的锁，且循环等待，则仍可能产生死锁。
锁升级：某些数据库系统中，如果行锁数量达到一定阈值，可能会自动升级为表锁，以减少锁管理的开销。

总结

评估并发需求：根据应用的实际并发情况选择合适的锁策略，对于高并发读写的场景，应优先考虑行锁或更高级的并发控制机制。
短事务：尽可能使事务保持简短，减少锁持有时间，以提高并发性。
锁粒度选择：在设计数据库表和事务时，考虑数据访问模式，合理选择锁的粒度，以平衡性能与一致性。

综上所述，表锁是数据库并发控制的基础手段之一，适合于并发压力不大或特定操作场景。但在现代数据库应用中，由于其对并发性能的影响，通常推荐在适当的情况下采用更细粒度的锁机制，如行锁或MVCC（多版本并发控制），以提升系统整体的并发处理能力。

元数据锁（Metadata Locks）

在MySQL中，元数据锁用于保护表的结构不被并发操作破坏的一种机制。它确保了在执行诸如ALTER TABLE、DROP TABLE等DDL操作时，不会与正在访问该表的其他查询发生冲突，从而保证了数据的一致性和完整性。以下是关于元数据锁的详细解析：

加锁与解锁

自动管理：MDL锁由MySQL服务器自动管理，无需用户直接干预。当客户端发起对表的任何访问请求时，系统会自动申请相应的MDL锁。
锁持有周期：DML操作在事务结束时释放MDL锁；DDL操作在操作执行前后自动管理锁的获取与释放，MySQL在执行DDL之前，如果事务中还有未提交的操作，会先隐式提交事务以确保DDL操作的独立性。

锁的类型

意向锁（Intention Locks）：意向锁是表级的，表示事务有意向在表中的某些行上加锁。意向共享锁（IS锁）表明事务后续可能需要在表中的某些行上加共享锁，意向排他锁（IX锁）表明事务后续可能需要在表中的某些行上加排他锁。
真实锁（Real Locks）：在意向锁之上，针对具体的数据行或索引记录加锁，如行级的共享锁（S锁）和排他锁（X锁）。

锁等待与死锁

等待与阻塞：当一个事务请求一个锁而该锁已被另一个事务持有时，请求事务会进入等待状态，直到锁被释放。
死锁预防：MySQL监控锁等待情况，如果检测到死锁，会回滚其中一个事务以打破死锁。
性能影响：高并发环境下，频繁的DDL操作可能导致MDL锁等待增多，影响数据库性能。

查看MDL锁

performance_schema.metadata_locks表：可以查询当前系统中MDL锁的状态，包括锁的类型、持有者、被锁对象等信息，有助于诊断锁冲突问题。

实践建议

优化DDL操作：尽量在低峰期执行DDL操作，减少锁等待和冲突。
事务设计：合理设计事务逻辑，减少长事务，避免不必要的大范围锁持有时长。
监控与诊断：定期监控MDL锁情况，及时发现并解决锁竞争问题。

元数据锁是MySQL数据库确保数据一致性和并发安全的重要机制，理解和合理运用MDL锁的规则对于数据库性能优化和故障排查至关重要。

全局锁（Global Locks）

全局锁（Global Locks）是在数据库系统中用于控制对整个数据库或其中大部分数据进行访问的一种锁机制。它是一种最高级别的锁，其目的是在执行某些特定操作时，确保不会有其他并发操作影响数据的一致性和完整性。全局锁的使用相对罕见，通常在以下几种场景中出现：

场景与用途

数据库备份：在进行全库备份时，为了保证备份数据的一致性，需要在备份开始前对整个数据库加全局锁，确保备份过程中没有其他写操作改变数据。MySQL中，可以使用FLUSH TABLES WITH READ LOCK命令来实现，它会阻塞所有写操作，并且阻止新的读操作开始。

数据库恢复或升级：在进行数据库恢复或软件升级时，为了防止数据损坏或不一致，需要在操作前对数据库加全局锁，确保没有其他事务运行。这通常意味着数据库需要进入只读或完全关闭状态。

元数据操作：在某些特殊情况下，进行大规模的元数据更改（比如重命名或移动大量表）时，数据库可能也会短暂使用全局锁来确保操作的原子性和一致性。

影响与限制

并发性能：全局锁会严重影响数据库的并发性能，因为所有读写操作都必须等待锁释放，这可能导致数据库在锁定期间几乎无法提供服务。
应用停顿：在全局锁生效期间，依赖数据库的应用程序可能需要暂停其写操作，或者面临读取旧数据的风险，这取决于备份或维护操作的具体设计。
死锁风险：虽然全局锁本身不会引起死锁，但由于其阻塞特性，可能会加剧其他锁依赖关系导致的死锁问题。

使用示例（MySQL）

在MySQL中，全局锁可以通过以下命令实现：
备份前锁定:
FLUSH TABLES WITH READ LOCK;
这个命令会关闭所有打开的表，并阻止新的写操作。在备份完成后，需要使用UNLOCK TABLES命令来释放锁。
注意事项

替代方案：对于数据库备份，现代数据库系统通常推荐使用更先进的备份技术，如基于物理备份（如MySQL的mysqldump带--single-transaction选项）或热备份功能，这些方法可以在不使用全局锁的情况下实现在线备份，减少对数据库服务的影响。
谨慎使用：全局锁因其实现简单但副作用明显，应在充分评估其对系统性能和可用性影响的基础上谨慎使用。在可能的情况下，应寻找更细粒度的锁或非锁机制来替代。

总之，全局锁是一种重量级的锁机制，主要用于确保数据库在执行特定维护操作时的一致性与完整性。但由于其对系统性能的巨大影响，应尽量避免在生产环境中频繁或长时间使用。

间隙锁（Gap Locks）和Next-Key Lock

间隙锁（Gap Locks）是数据库管理系统中一种特殊的锁机制，主要在支持事务的存储引擎中使用，如MySQL的InnoDB引擎，用于处理范围查询和防止幻读（Phantom Reads）现象。间隙锁并不直接锁住数据库中的实际行记录，而是锁定两个索引记录之间的“间隙”或“区间”，以此来阻止其他事务插入或修改这个区间内的数据，确保事务的一致性。下面是间隙锁的详细解析：

目的与作用

防止幻读：在可重复读（Repeatable Read）事务隔离级别下，间隙锁配合Next-Key Locks（包含行锁和间隙锁）使用，可以防止在事务执行两次相同范围查询时，第二次查询结果中出现第一次查询未出现的新行（幻读）。
保护范围查询：当执行范围查询（如SELECT ... WHERE id BETWEEN ... AND ...）时，间隙锁会锁定查询范围内的所有间隙，确保在此范围内不会插入新记录，从而维护事务视图的一致性。

工作原理

锁定区间：间隙锁锁定的是两个索引记录之间的空隙，或者索引列的最大值和最小值之间的范围。
非阻塞读：在InnoDB中，间隙锁对读取操作（SELECT）是兼容的，即读事务可以读取被其他事务加了间隙锁的记录或区间，但不能插入新记录或更新满足间隙锁条件的记录。
锁的释放：间隙锁通常在事务提交或回滚时释放，或者在事务中不再需要维护一致性视图时解除。
锁的类型：间隙锁可以是共享锁（Shared Gap Locks）或排他锁（Exclusive Gap Locks），但通常使用排他锁以防止插入。

应用场景

范围查询：当执行包含范围条件的查询（如WHERE id BETWEEN ... AND ...）并加锁时，InnoDB会自动应用间隙锁来锁定查询范围内所有索引记录之间的间隙。
唯一索引冲突：在唯一索引上执行插入操作时，如果插入的记录会导致唯一键冲突，InnoDB也会在冲突记录的间隙上放置一个间隙锁，防止其他事务插入同样的记录。

注意事项

性能影响：大量使用间隙锁可能导致锁争用，影响并发性能，尤其是在高度并发的环境中。
隔离级别：间隙锁主要在可重复读（RR）隔离级别下生效，而在读已提交（RC）隔离级别下，InnoDB通常不会使用间隙锁。
锁的释放：间隙锁通常在事务提交或回滚时释放，但InnoDB使用了Next-Key Lock的变体——Record Lock + Gap Lock的组合，使得某些情况下间隙锁可以提前释放，这称为Gap Locks Trimming，以减少锁的持有时间，提高并发性能。

实践建议

调整隔离级别：根据业务需求权衡是否使用可重复读隔离级别，考虑是否可以接受读已提交隔离级别带来的幻读，以换取更高的并发性能。
优化查询：尽量避免使用范围查询，特别是在高并发环境下，以减少间隙锁的使用。
监控与调优：密切关注数据库的锁争用情况，适时调整查询策略或优化索引设计，以缓解锁带来的性能瓶颈。

间隙锁是InnoDB为实现特定隔离级别下数据一致性而采取的一种机制，理解其工作原理及优缺点对于设计高性能、高并发的数据库应用至关重要。