第六章 锁(下)

6.5 锁问题
通过锁机制可以实现事务隔离性要求,使得事务可以并发地工作。锁提高了并发,但是却会带来潜在的问题。不过好在因为事务隔离性的要求,锁只会带来三种问题,如果可以防止这三种情况的发生,那将不会产生并发异常。

6.5.1 脏读
在理解脏读(Dirty Read)之前,需要立即脏数据的概念。脏数据是指未提交的数据,如果读到了脏数据,即一个事务可以读取到另一个事务中未提交的数据,则显然违反了数据库的隔离性。
脏读指的就是在不同事务下,当前事务可以读到另外事务未提交的数据。
脏读发生的条件是将数据库事务的隔离级别设置为 REAT UNCOMMITTED。脏读看似毫无用处,但在一些比较特殊的情况下还是可以将事务的隔离级别设置为RU的,例如replication环境中的slave节点,并且该slave上的查询并不需要特别精切的返回值。

6.5.2 不可重复读
不可重复读是指在一个事务内多次读取同一个数据集合。在这个事务还没有结束是,另外一个数据也访问该同一数据,并做了一些DML操作。因此,在第一个事务中的两次读数据之前,由于第二次事务的修改,那么第一个事务两次读到的数据可能是不一样的。这样就发生了在一个事务内两次读到的数据是不一样的情况,这种情况称为不可重复读。
不可重复读和脏读的区别是:脏读是读到了未提交的数据,而不可重复读读到的却是已经提交的数据,但是其违反了数据库事务一致性的要求。
在事务隔离级别为RC的情况下会发生不可重复读问题
在InnoDB存储引擎中,通过使用Next-Key Lock算法来避免不可重复读的问题。在MySQL官方文档中将不可重复读定义为Phantom Problem,即幻像问题。InnoDB存储引擎的默认事务隔离级别是RR,采用Next-Key Lock算法,避免了不可重复读现象。

6.5.3 丢失更新
丢失更新是指一个事务的更新操作会被另一个事务的更新操作所覆盖,从而导致数据的不一样。例如
1):事务T1将行记录r更新为v1,但是事务并没有提交。
2):与此同时,事务T2将行记录r更新为v2,事务T2并没有提交。
3):事务T1提交
4):事务T2提交

但是,在当前数据库的任何隔离级别下,都不会导致数据库理论意义上的丢失更新问题。这事因为,即使是RU级别的事务隔离,对于行的DML操作,需要对行或者其他粗粒度级别的对象加锁。因此在上述步骤 2)中,事务T2并不能对行记录r进行更新操作,其会被阻塞,直到事务T1提交。

虽然数据库能阻止丢失更新问题的产生,但是在生产应用中还有另一个逻辑意义上的丢失更新问题,而导致该问题的并不是因为数据本身的问题。该问题如下:
1):事务T1查询一行数据,放入本地内存,并显示给终端用户User1
2):事务T2也查询该行数据,放入本地内存,并显示给终端用户User2
3):User1修改了该行记录,更新数据库并提交。
4):User2修改这行记录,更新数据库并提交。
要避免丢失更新发生,需要让事务在这种情况下的操作变成串行化,而不是并行操作。即在上述步骤 1)中,对用户读取记录加上一个排他X锁。同样,在步骤 2)的操作过程中,用户同样也需要加上一个排他X锁。通过这种方式,步骤 2)就必须等待步骤 1)和 步骤 3)完成,最后完成步骤 4)

6.6 阻塞
因为不同锁之间的兼容性关系,在有些时刻一个事务中的锁需要等待另一个事务中的锁释放它所占用的资源,这就是阻塞。阻塞并不是一件坏事,其是为了保证事务可以并发且正常运行。
在InnoDB存储引擎中,参数innodb_lock_wait_timeout 用来控制等待时间(默认50s),innodb_rollback_on_timeout用来设定是否在等待超时时对进行中的事务进行回滚(默认是OFF,代表不回滚)。

在默认情况下,InnoDB存储引擎不会回滚超时引发的错误异常。其实InnoDB存储引擎在大部分情况下都不会对异常进行回滚。在事务抛出异常之后,用户必须判断是否需要COMMIT还是ROLLBACK,之后再进行下一步的操作。

6.7 死锁
6.7.1 死锁的概念
死锁是指两个或者两个以上的事务在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象。

解决死锁问题最简单的一种方法就是超时,即当两个事务互相等待时,当一个等待时间超过设置的某一阈值时,其中一个事务回滚,另一个事务就能继续进行。超时机制虽然简单,但是如果回滚的超时事务所占权重比较大,就不显得不是很适合了。
当前数据库普遍采用等待图(wait-for-graph)的方式进行死锁检测。较之超时的解决方案,这是一种更为主动的死锁检测方式。wait-for-graph要求数据库保存以下两种信息:
1.锁的信息链表
2.事务等待链表
通过上述链表可以构造出一张图,而在这张图中若存在回路,就代表死锁,因此资源间相互发生等待。在wait-for-graph中,事务为图中的节点。而在图中,事务T1指向T2边的定义为:
1.事务T1等待事务T2所占用的资源。
2.事务T1最终等待T2所占用的资源,也就是事务之间在等待相同的资源,而事务T1发生在事务T2后面。

事务状态和锁的信息.png
wait-for-graph.png

6.8 锁升级
锁升级是指将当前锁的粒度降低。举例来说,数据库可以把一个表的1000个行锁升级为一个页锁,或者将页锁升级为表锁。

InnoDB存储引擎不存在锁升级的问题。因为其不是根据每个记录来产生锁的,相反,其根据每个事务访问的页对锁进行管理,采用的是位图的方式,因此,不管一个事务锁住页中的一条记录还是多个记录,其开销通常都是一致的。

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