MySQL学习笔记-锁相关话题

在事务相关话题中，已经提到事务隔离性依靠锁机制实现的。在本篇中围绕着InnoDB与MyISAM锁机制的不同展开，进而描述锁的实现方式，多种锁的概念，以及死锁产生的原因。

Mysql常用存储引擎的锁机制

MyISAM和MEMORY采用表级锁（table-level locking）；

BDB采用页面锁（page-leve locking）或表级锁，默认为页面锁；

InnoDB支持行级锁（row-level locking）和表级锁，默认为行级锁；

各种锁特点

表级锁（table-level locking）：开销小，加锁快；不会出现死锁；锁定粒度大，发生冲突的概率最高，并发度最低

行级锁（row-level locking）：开销大，加锁慢；会出现死锁；锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低，并发度也最高

页面锁（page-level locking）：开销和加锁时间介于表锁和行锁之间；会出现死锁；锁定粒度介于表锁和行锁之间，并发度一般

锁的算法

InnoDB存储引擎有3种行所算法设计，分别是：

Record Lock：单个行记录上的锁
Gap Lock：间隙锁，锁定一个范围，但不包含记录本身
Next-key Lock:Gap Lock+Record Lock，锁定一个范围，并且锁定记录本身

Record Lock总是会去锁住索引记录，如果InnoDB存储引擎表建立的时候没有设置任何一个索引，这时InnodB存储引擎会使用隐式的主键来进行锁定，在Repeatable Read隔离级别下，Next-key Lock 算法是默认的行记录锁定算法。

阻塞、系统互斥量（mutex）和信号量（event）

因为不同锁之间兼容性关系，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。在InnoDB存储引擎的源代码中，用Mutex数据结构来实现锁。在访问资源前需要用mutex_enter函数进行申请，在资源访问或修改完毕后立即执行mutex_exit函数。当一个资源已被一个事务占有时，另一个事务执行mutex_enter函数会发生等待，这就是阻塞。阻塞并不是一件坏事，阻塞是为了保证事务可以并发并且正常运行。

在InnoDB引擎当中，封装了操作系统提供的基本mutex（互斥量）和event（信号量），在WINDOWS下的实现暂时不做记录，主要还是对支持POSIX系统来做介绍。在POSIX系统的实现是os_fast_mutex_t和os_event_t。os_fast_mutex_t相对简单，其实就是pthread_mutex。定义如下：

typedef pthread_mutex os_fast_mutex_t;

而os_event_t相对复杂，它是通过os_fast_mutex_t和一个pthread_cond_t来实现的，定义如下：

typedef struct os_event_struct
{
os_fast_mutex_t os_mutex;
ibool is_set;
pthread_cond_t cond_var;
}os_event_t;

以下是os_event_t的两线程信号控制的例子流程：

对于系统的封装，最主要的就是os_event_t接口的封装，而在os_event_t的封装中，os_event_set、os_event_reset、os_event_wait这三个方法是最关键的。

CAS原子操作

在InnoDB的mutex(互斥量)的实现中，除了引用系统的os_mutex_t以外，还使用了原子操作来进行封装一个高效的mutex实现。在系统支持原子操作的情况下，会采用自己封装的mutex来做互斥，如果不支持，就使用os_mutex_t。

因为我对于操作系统编程不熟，在此用Java的util.concurrent.atomic包举例，其封装了一些具有原子性操作的类，大量的利用了类似于mutex(互斥量)的操作。

CAS原子操作——Compare & Set，自旋锁是采用让当前线程不停地的在循环体内执行实现的，当循环的条件被其他线程改变时才能进入临界区。

/**
* Atomically updates the current value with the results of
* applying the given function, returning the previous value. The
* function should be side-effect-free, since it may be re-applied
* when attempted updates fail due to contention among threads.
*
* @param updateFunction a side-effect-free function
* @return the previous value
* @since 1.8
*/
public final int getAndUpdate(IntUnaryOperator updateFunction) {
int prev, next;
do {
prev = get();
next = updateFunction.applyAsInt(prev);
} while (!compareAndSet(prev, next));
return prev;
}
/**
* Atomically sets the value to the given updated value
* if the current value {@code ==} the expected value.
*
* @param expect the expected value
* @param update the new value
* @return {@code true} if successful. False return indicates that
* the actual value was not equal to the expected value.
*/
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

InnoDB存储引擎中的锁

InnoDB是一个多线程并发的引擎，内部的读写都是用多线程来实现的，所以InnoDB内部实现了一个比较高级的并发同步机制。InnoDB并没有直接使用系统提供的锁(latch)同步结构，而是对其进行自己的封装和实现优化，但是也兼容系统的锁。我们先看一段InnoDB内部的注释（MySQL-3.23）:

Semaphore operations in operating systems are slow: Solaris on a 1993 Sparc takes 3 microseconds (us) for a lock-unlock pair and Windows NT on a 1995 Pentium takes 20 microseconds for a lock-unlock pair. Therefore, we have toimplement our own efficient spin lock mutex. Future operating systems mayprovide efficient spin locks, but we cannot count on that.

大概意思是说1995年的时候，一个Windows NT的 lock-unlock所需要耗费20us,即使是在Solaris 下也需要3us,这也就是他为什么要实现自定义latch的目的,在innodb中作者实现了系统latch的封装、自定义mutex和自定义 rw_lock。

InnoDB存储引擎实现了以下两种标准的行机锁：

共享锁（S Lock）：允许事务读一行数据。

排他锁（X Lock）：允许事务删除或者更新一行数据。

未完待续...

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