「深度好文」MySQL 全局锁、表锁、行锁、间隙锁、临键锁详解，架构师必备高并发下的锁优化策略

读者你好，我是《Redis 高手心法》畅销书作者，可以叫我码

“余弦：码哥，我今天面试被问到 “事务并发执行会带来什么问题，并发安全如何解决呢？MySQL 有哪些锁？”

今天我要跟你聊聊 MySQL 的锁。数据库锁设计的初衷是处理并发问题。

并发事务访问相同记录的情况大致可以划分以下几种：

• 读-读情况：即并发事务相继读取相同的记录。读取操作本身不会对记录有一毛钱影响，并不会引起什么问题，所以允许这种情况的发生。
• 写-写情况：即并发事务相继对相同的记录做出改动。

作为多用户共享的资源，当出现并发访问的时候，数据库需要合理地控制资源的访问规则。

而锁就是用来实现这些访问规则的重要数据结构。

根据加锁的范围，MySQL 的锁可以分为全局锁、表锁和行锁。

“对于MyISAM、MEMORY、MERGE这些存储引擎来说，它们只支持表级锁，而且这些引擎并不支持事务，所以使用这些存储引擎的锁一般都是针对当前会话来说的。

全局锁

“余弦：什么是全局锁？干嘛用的？

全局锁就是对整个数据库实例加锁。MySQL 提供了一个加全局读锁的方法，命令是 Flush tables with read lock (FTWRL)。

当你需要让整个库处于只读状态的时候，可以使用这个命令，之后其他线程的以下语句会被阻塞。

• 数据更新语句（数据的增删改）
• 数据定义语句（包括建表、修改表结构等）
• 更新类事务的提交语句。

全局锁的适应场景之一，做全库的逻辑备份。把整个库的表数据都查出来存储为文本。

“余弦：让整库都只读，在备份期间都不能执行更新，业务基本上就得停摆。这怎么办？

是的。

• 如果你在主库上备份，那么在备份期间都不能执行更新，业务基本上就得停摆；
• 如果你在从库上备份，那么备份期间从库不能执行主库同步过来的 binlog，会导致主从延迟。

不加锁产生的问题

比如手机卡，购买套餐信息。这里分为两张表 u_acount (用于余额表)，u_pricing (资费套餐表)。

1. u_account 表中数据 用户 A 余额：300；u_pricing 表中数据 用户 A 套餐：空
2. 发起备份，备份过程中先备份 u_account 表，备份完了这个表，这个时候 u_account 用户余额是 300。
3. 这个时候套用户购买了一个资费套餐 100，餐购买完成，写入到 u_print 套餐表购买成功，备份期间的数据。
4. 备份完成。

可以看到备份的结果是，u_account 表中的数据没有变， u_pricing 表中的数据 已近购买了资费套餐 100.

哪这时候用这个备份文件来恢复数据的话，用户 A 赚了 100 ，用户是不是很舒服啊。但是你的想想公司利益啊。

也就是说，不加锁的话，备份系统备份的得到的库不是一个逻辑时间点，这个数据是逻辑不一致的。

表级锁

MySQL 里面表级别的锁有两种：一种是表锁，一种是元数据锁（meta data lock，MDL)。

表锁的语法是 lock tables … read/write。与 FTWRL 类似，可以用 unlock tables 主动释放锁，也可以在客户端断开的时候自动释放。

另一类表级的锁是 MDL（metadata lock)。MDL 不需要显式使用，在访问一个表的时候会被自动加上。

当对一个表做增删改查操作的时候，加 MDL 读锁；当要对表做结构变更操作的时候，加 MDL 写锁。

• 读锁之间不互斥，因此你可以有多个线程同时对一张表增删改查。
• 读写锁之间、写锁之间是互斥的，用来保证变更表结构操作的安全性。

不过请尽量避免在使用InnoDB存储引擎的表上使用LOCK TABLES这样的手动锁表语句，它们并不会提供什么额外的保护，只是会降低并发能力而已。

InnoDB的厉害之处还是实现了更细粒度的行锁，关于表级别的锁大家了解一下就罢了。

“余弦：在使用MySQL过程中，我们可以为表的某个列添加AUTO_INCREMENT属性。之后在插入记录时，可以不指定该列的值，系统会自动为它赋上递增的值。 这是什么锁？

比方说我们有一个表：

CREATE TABLE t (
    id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    c VARCHAR(100),
    PRIMARY KEY (id)
) Engine=InnoDB CHARSET=utf8;

系统实现这种自动给AUTO_INCREMENT修饰的列递增赋值的原理主要是两个：

• 采用表级别AUTO-INC锁，然后为每条待插入记录的AUTO_INCREMENT修饰的列分配递增的值，在该语句执行结束后，再把AUTO-INC锁释放掉。
  • 这样一个事务在持有AUTO-INC锁的过程中，其他事务的插入语句都要被阻塞，可以保证一个语句中分配的递增值是连续的。
  • 如果我们的插入语句在执行前不可以确定具体要插入多少条记录（无法预计即将插入记录的数量），比方说使用INSERT ... SELECT、REPLACE ... SELECT或者LOAD DATA这种插入语句，一般是使用AUTO-INC锁为AUTO_INCREMENT修饰的列生成对应的值。
• 轻量级的锁，这种方式可以避免锁定表，可以提升插入性能：
  • 在为插入语句生成AUTO_INCREMENT修饰的列的值时获取一下这个轻量级锁，然后生成本次插入语句需要用到的AUTO_INCREMENT列的值之后，就把该轻量级锁释放掉，并不需要等到整个插入语句执行完才释放锁。
  • 如果我们的插入语句在执行前就可以确定具体要插入多少条记录，比方说我们上边举的关于表t的例子中，在语句执行前就可以确定要插入 2 条记录，那么一般采用轻量级锁的方式对AUTO_INCREMENT修饰的列进行赋值。

行锁

行锁，也称为记录锁，顾名思义就是在记录上加的锁。这是最复杂的锁，前面的只是开胃菜。

一个行锁玩出了各种花样，也就是把行锁分成了各种类型。

MySQL 的行级锁是 InnoDB 存储引擎实现高并发的核心技术之一。它允许在保证数据一致性的同时，大幅提升数据库的并发处理能力。

下面这张表格汇总了行级锁的主要类型和核心特点，可以帮助你快速建立整体印象。

共享锁与排他锁

从锁的互斥性来看，行级锁分为共享锁和排他锁，它们的兼容关系是理解锁冲突的基础。

• 共享锁（Shared Lock, S Lock）：也称为“读锁”。
  • 作用：允许多个事务同时读取同一行数据。
  • 互斥性：一个事务持有共享锁后，其他事务可以继续加共享锁来读取数据，但不能加排他锁来修改数据
  • 加锁方式：使用 SELECT ... LOCK IN SHARE MODE;或 SELECT ... FOR SHARE;
• 排他锁（Exclusive Lock, X Lock）：也称为“写锁”。
  • 使用 SELECT ... FOR UPDATE;显式加锁。
  • 自动加锁：UPDATE, DELETE, INSERT语句会自动对其操作的记录加排他锁。
  • 作用：允许一个事务读写某行数据。
  • 互斥性：一个事务持有排他锁后，其他事务不能再对该行加任何类型的锁（包括共享锁和其他排他锁），直到该锁被释放。
  • 加锁方式：

它们的兼容关系可以总结为下表：

行锁的底层实现和特性

行锁基于索引实现

这是理解行锁最核心的一点。InnoDB 的行锁是加在索引项上的，而不是直接加在物理数据行上的。这意味着：

• 有效使用行锁的前提：你的 WHERE条件必须能够有效命中索引。
• 否则退化为表锁：如果查询条件不能使用索引，MySQL 将进行全表扫描，从而对所有记录加锁，实际效果等同于锁住了整个表，会严重降低并发性能

两阶段锁协议（Two-Phase Locking, 2PL）

InnoDB 遵循此协议，锁的操作分为两个阶段：

• 加锁阶段：在事务执行过程中，根据需要逐步获取锁。
• 解锁阶段：直到事务提交（COMMIT）或回滚（ROLLBACK）时，一次性释放所有在该事务中获取的锁。
• 重要提示：由于锁是在事务结束后才释放，为了减少锁冲突和提高并发性，应尽量将最可能引起冲突的写操作（如 SELECT ... FOR UPDATE）放在事务的后面执行，以缩短排他锁的持有时间。

意向锁（Intention Locks）

意向锁是表级锁，用于快速判断表内是否有被锁定的行，从而避免为了检查行锁而需要遍历每一行的低效操作。

• 意向共享锁（IS）：表示事务准备在表中的某些行上加共享锁。
• 意向排他锁（IX）：表示事务准备在表中的某些行上加排他锁。意向锁之间是兼容的（例如，多个事务可以同时对一个表持有 IX 锁），但它们与表级共享锁（S）和排他锁（X）存在互斥关系。意向锁由 InnoDB 自动管理，无需用户干预

行锁类型可视化

理解行锁的关键在于区分其三种基本类型。下图通过一个数据索引的例子，清晰展示了三种锁的锁定范围差异，这是理解所有高级锁概念的基础。

图解说明：

• 记录锁（Record Lock）：像一把钥匙只锁一个特定的座位（如id=10）。它确保在更新或删除某条确切存在的记录时，其他事务无法修改或删除它。
• 间隙锁（Gap Lock）：锁住的是座位与座位之间的“空档”（如(10, 15)）。它的存在仅仅是为了防止插入（防止幻读），但不会阻止其他事务修改这个区间内已存在的记录（例如，如果id=12存在，你仍然可以修改它）。
• 临键锁（Next-Key Lock）：这是 InnoDB 在可重复读（RR）隔离级别下默认的锁算法。它是记录锁和间隙锁的结合，锁定一个左开右闭的区间。例如，(5, 10]意味着它锁定了id=10这条记录，也锁定了5到10之间的间隙。这能有效防止在10之前插入新数据（解决幻读），同时保护10这条记录本身。

以下通过示例和场景进一步解释这三种锁。

记录锁（Record Lock）

它锁住的是索引项。例如，执行 SELECT * FROM users WHERE id = 10 FOR UPDATE;会在 id=10这个索引项上加一个排他型的记录锁，防止其他事务修改或删除这行数据。

间隙锁（Gap Lock）

它锁住的是索引项之间的“空隙”，以防止其他事务在这个空隙中插入新数据，从而解决“幻读”问题。

间隙锁只在可重复读（REPEATABLE READ）及以上隔离级别生效

• 示例：假设一张表 users的 id字段有值 5, 10, 15。
• 事务 A 执行：SELECT * FROM users WHERE id BETWEEN 10 AND 15 FOR UPDATE;
• 它不仅会锁住 id=10和 15的记录，还会锁住它们之间的间隙 (10, 15)。
• 此时事务 B 尝试执行 INSERT INTO users (id) VALUES (12);会被阻塞，因为 12落在了被锁定的间隙内。

临键锁（Next-Key Lock）

它是 InnoDB 在可重复读（REPEATABLE READ）隔离级别下默认使用的锁算法。

它相当于一个 记录锁 + 间隙锁，锁定一个左开右闭的区间 (previous_index, current_index]。

• 示例：同样对于 id值为 5, 10, 15 的表。
• 事务 A 执行：SELECT * FROM users WHERE id > 10 FOR UPDATE;
• 它可能锁住的区间包括 (10, 15]和 (15, +∞)。
• 这既防止了在 (10, 15)区间内插入新的 id=12，也防止了修改或删除 id=15的现有记录，同时还防止了插入任何大于 15 的新 ID。

死锁与最佳实践

“死锁是如何产生的呢？

行级锁虽然提升了并发度，但也带来了死锁的风险。当两个或多个事务互相等待对方释放锁时，就会形成死锁。

理解 MySQL 中事务的加锁流程以及死锁如何形成，是构建高并发应用的基石。

下面我们通过一个清晰的流程图来展示一个安全的事务加锁/解锁全过程，然后深入剖析几种典型的死锁场景。

事务加锁与解锁完成流程

首先要明确一个核心概念：两阶段锁协议。它规定锁的操作分为两个阶段：

1. 加锁阶段：在事务执行过程中，根据需要逐步获取锁。
2. 解锁阶段：直到事务提交（COMMIT）或回滚（ROLLBACK）时，一次性释放所有在该事务中获取的锁。

下面的序列图清晰地展示了一个安全、无冲突的事务加锁与解锁流程。

流程解读：

• 加锁：事务 A 首先开启事务，然后执行一条 SELECT ... FOR UPDATE语句，意图锁定某行数据（例如行 1）进行更新。此时，它会向锁管理器申请该行的排他锁（X Lock）
• 执行：成功获得锁后，事务 A 可以安全地执行修改操作。在此期间，其他事务（如事务 B）如果尝试获取同一行的排他锁或共享锁，都会被阻塞。
• 解锁：当事务 A 提交（COMMIT）后，进入解锁阶段，一次性释放它持有的所有锁。
• 后续：锁被释放后，之前被阻塞的事务 B 会被唤醒，并获得它所需要的锁，继续执行。

这个流程是理想状态下的。但当多个事务并发执行且锁的获取顺序出现环状依赖时，死锁就发生了。

典型死锁场景详解

这个流程是理想状态下的。但当多个事务并发执行且锁的获取顺序出现环状依赖时，死锁就发生了。

场景 1：共享锁升级导致的死锁

这是非常经典的死锁情况，常发生在先读后写的业务逻辑中。

死锁形成：

1. 在 T3 时刻，事务 A 需要事务 B 释放 S 锁才能升级。
2. 在 T4 时刻，事务 B 需要事务 A 释放 S 锁才能升级。
3. 双方互相等待，形成循环等待，死锁产生。

场景 2：顺序交叉访问导致的死锁

当多个事务以不同的顺序访问和锁定资源时，极易发生死锁。

死锁形成：

• 事务 A 在等待事务 B 释放 id=2 的锁。
• 事务 B 在等待事务 A 释放 id=1 的锁。
• 循环等待再次形成，死锁发生。

场景 3：Gap 锁冲突导致的死锁

在可重复读（REPEATABLE READ）隔离级别下，MySQL 会使用间隙锁（Gap Lock）来防止幻读，这也可能引发更复杂的死锁。

假设 accounts表 id 有 1, 5, 10 三个值，存在间隙 (1,5), (5,10)。

死锁形成：

• 事务 A 的插入在等待事务 B 释放(1,5)间隙上的锁。
• 事务 B 的插入在等待事务 A 释放(1,5)间隙上的锁。
• 循环等待形成，死锁发生。

死锁的处理与预防

nnoDB 存储引擎内置了死锁检测机制。当检测到死锁时，它会选择一个回滚代价较小的事务（通常是影响行数较少的事务）进行回滚，并让另一个事务继续执行。

被回滚的事务会收到 ERROR 1213 (40001): Deadlock found错误。

核心预防策略

1. 固定访问顺序：在应用设计中，保证所有事务以相同的顺序访问数据行。例如，约定更新账户时总是按 id 从小到大处理，可以避免场景二的死锁
2. 避免在事务中加锁：如果业务允许，使用乐观锁（如版本号机制）替代悲观锁，从根本上减少锁竞争
3. 保持事务小巧且快速：大事务会长时间持有锁，增加死锁概率。应将大事务拆分为小事务
4. 为查询创建合适的索引：如果查询条件未使用索引，InnoDB 可能会锁住更多记录（甚至全表），大幅增加死锁风险。
5. 使用较低的隔离级别：如果业务能接受，将隔离级别设为读已提交（READ COMMITTED），此级别下 InnoDB 不会使用间隙锁（Gap Lock），可减少死锁。

事务的加锁解锁遵循“两阶段锁协议”，提交或回滚时释放所有锁。死锁的本质是事务间形成了对锁资源的循环等待。

通过理解其原理并采用固定的资源访问顺序、使用乐观锁、减小事务粒度等预防措施，可以显著降低死锁发生概率。

希望这些图解和说明能帮助你更深入地理解 MySQL 的锁机制。