排它锁与共享锁详解 - 详解

排它锁与共享锁详解

1. 基本概念

共享锁（Shared Lock，S锁）

-- 显式加共享锁
SELECT * FROM table WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;

排它锁（Exclusive Lock，X锁）

-- 显式加排它锁
SELECT * FROM table WHERE id = 1 FOR UPDATE;

2. 锁的兼容性矩阵

当前锁状态	共享锁(S)	排它锁(X)	无锁
共享锁(S)	✅ 兼容	❌ 冲突	✅ 兼容
排它锁(X)	❌ 冲突	❌ 冲突	✅ 兼容
无锁	✅ 兼容	✅ 兼容	✅ 兼容

3. 锁的作用与使用场景

共享锁（S锁）使用场景

-- 场景1：读取数据并确保不被修改
START TRANSACTION;
SELECT balance FROM accounts WHERE user_id = 1001 LOCK IN SHARE MODE;
-- 其他事务可以加共享锁读取，但不能修改
-- 确保在事务期间余额数据不被更改
COMMIT;
-- 场景2：检查引用完整性
START TRANSACTION;
-- 检查是否有订单引用此产品
SELECT COUNT(*) FROM orders WHERE product_id = 500 LOCK IN SHARE MODE;
-- 如果返回0，可以安全删除产品
DELETE FROM products WHERE id = 500;
COMMIT;

排它锁（X锁）使用场景

-- 场景1：更新操作（自动加排它锁）
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE user_id = 1001;
-- 其他事务不能读取（取决于隔离级别）或修改此行
COMMIT;
-- 场景2：悲观锁控制并发
START TRANSACTION;
SELECT * FROM inventory WHERE product_id = 2001 FOR UPDATE;
-- 检查库存并更新
UPDATE inventory SET quantity = quantity - 1 WHERE product_id = 2001;
COMMIT;
-- 场景3：防止幻读
START TRANSACTION;
SELECT * FROM orders WHERE user_id = 1001 AND status = 'pending' FOR UPDATE;
-- 在REPEATABLE READ隔离级别下，防止其他事务插入新的pending订单
INSERT INTO orders (...) VALUES (...);
COMMIT;

4. 锁的实现模型

InnoDB锁的内存结构

// 简化的锁结构表示
struct lock_t {
trx_t* trx;              // 持有锁的事务
lock_rec_t* rec_lock;    // 记录锁
lock_table_t* table_lock;// 表锁
uint32_t type_mode;      // 锁类型和模式
// ... 其他字段
};
struct lock_rec_t {
space_id_t space;        // 表空间ID
page_no_t page_no;       // 页号
uint32_t n_bits;         // 锁位图大小
byte* bits;              // 锁位图，记录哪些记录被锁住
};

锁管理的核心流程

5. 具体实现机制

记录锁（Record Lock）

-- 对单条记录加锁
SELECT * FROM users WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- 在id=1的记录上加排它锁

间隙锁（Gap Lock）

-- 防止幻读，锁定一个范围
SELECT * FROM users WHERE age BETWEEN 20 AND 30 FOR UPDATE;
-- 锁定age在20-30之间的间隙，防止其他事务插入

临键锁（Next-Key Lock）

-- 记录锁 + 间隙锁的组合
SELECT * FROM users WHERE id > 100 FOR UPDATE;
-- 锁定id>100的所有现有记录和间隙

6. 实际案例分析

银行转账场景

-- 事务1：转账操作
START TRANSACTION;
-- 对转出账户加排它锁
SELECT * FROM accounts WHERE account_no = 'A001' FOR UPDATE;
-- 对转入账户加排它锁  
SELECT * FROM accounts WHERE account_no = 'B002' FOR UPDATE;
-- 执行转账
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE account_no = 'A001';
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE account_no = 'B002';
COMMIT;

库存扣减场景

-- 高并发库存管理
START TRANSACTION;
-- 使用排它锁确保库存准确
SELECT quantity FROM inventory WHERE product_id = 1001 FOR UPDATE;
-- 检查库存
IF quantity >= order_quantity THEN
UPDATE inventory SET quantity = quantity - order_quantity
WHERE product_id = 1001;
COMMIT;
ELSE
ROLLBACK;
-- 库存不足处理
END IF;

7. 锁的监控与诊断

查看当前锁信息

-- 查看InnoDB锁状态
SHOW ENGINE INNODB STATUS\G
-- 查看锁信息部分
-- 查看当前锁等待
SELECT * FROM information_schema.INNODB_LOCKS;
SELECT * FROM information_schema.INNODB_LOCK_WAITS;
-- 查看进程和锁信息
SHOW PROCESSLIST;

锁超时配置

-- 设置锁等待超时时间（秒）
SET SESSION innodb_lock_wait_timeout = 50;
SET GLOBAL innodb_lock_wait_timeout = 50;
-- 查看当前配置
SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_lock_wait_timeout';

8. 死锁处理

死锁产生场景

-- 事务1
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1; -- 锁住id=1
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2; -- 等待id=2的锁
-- 事务2（同时执行）
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 50 WHERE id = 2;  -- 锁住id=2  
UPDATE accounts SET balance = balance + 50 WHERE id = 1;  -- 等待id=1的锁
-- 死锁发生！

死锁检测与处理

-- InnoDB自动检测死锁并回滚代价较小的事务
-- 查看最近死锁信息
SHOW ENGINE INNODB STATUS\G
-- 在LATEST DETECTED DEADLOCK部分查看详情
-- 错误处理代码示例（应用程序层面）
try:
cursor.execute("UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1")
cursor.execute("UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2")
connection.commit()
except mysql.connector.errors.DatabaseError as e:
if 'Deadlock' in str(e):
# 死锁发生，重试逻辑
time.sleep(0.1)
retry_transaction()
else:
raise

9. 最佳实践

锁优化建议

-- 1. 尽量使用索引，减少锁范围
-- 慢：全表扫描，锁住所有记录
SELECT * FROM users WHERE name LIKE '%john%' FOR UPDATE;
-- 快：使用索引，只锁相关记录
SELECT * FROM users WHERE id = 1001 FOR UPDATE;
-- 2. 保持事务简短
START TRANSACTION;
-- 尽快完成数据操作
UPDATE ...;
DELETE ...;
COMMIT;  -- 立即提交释放锁
-- 3. 按固定顺序访问资源，避免死锁
-- 所有事务都按id升序访问账户
UPDATE accounts SET ... WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET ... WHERE id = 2;
-- 4. 使用较低的隔离级别（如READ COMMITTED）减少锁竞争
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

锁与性能平衡

-- 读多写少场景：考虑使用乐观锁
SELECT version, data FROM table WHERE id = 1;
-- 应用程序处理业务逻辑
UPDATE table SET data = new_data, version = version + 1
WHERE id = 1 AND version = old_version;
-- 如果影响行数为0，说明版本已变化，需要重试
-- 写多场景：使用悲观锁但控制粒度
-- 使用行级锁而不是表锁
SELECT * FROM table WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- 而不是：LOCK TABLES table WRITE;

10. 总结

共享锁：

• 用于读取操作，允许多个事务同时读取
• 阻止其他事务获取排它锁
• 适合读多写少的并发读取场景

排它锁：

• 用于写入操作，确保数据一致性
• 阻止其他事务获取共享锁或排它锁
• 适合数据更新、删除等修改操作

关键要点：

• 理解锁兼容性是设计并发系统的关键
• 合理选择锁粒度（行锁 vs 表锁）
• 监控和优化锁等待时间
• 设计事务以避免死锁
• 根据业务场景选择合适的锁策略

正确使用锁机制可以确保数据一致性，同时最大化系统并发性能。