MySQL 系列（二）：MySQL 是怎么处理并发操作的？

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发布于: 2020 年 08 月 23 日
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作者：z小赵
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一枚用心坚持写原创的“无趣”程序猿，在自身受益的同时也让朋友们在技术上有所提升。
目录为什么需要锁？
MySQL 中锁分类？
什么是事务？
事务的隔离级别
MySQL 是怎么实现事务机制的？
MVCC 机制
总结
为什么需要锁？相信大家都比较熟悉电商系统中库存管理的场景，对于日常活动促销、618、双 11 等场景，会在规定时间内对商品进行促销活动，假设现在有一款 HHKB 机械键盘要参与促销活动，数据库中准备了 10 件，促销活动开始时，多位买家开始争抢，每卖出一件商品，库存减 1，直到卖完，那么怎么能保证商品不会卖超呢？
​对于以上这个场景来说，我们需要用到锁机制来保证每卖出一件商品，对库存进行更新操作时，其他用户请求不能对该商品库存进行修改；换句话说，用户 1 拿到了修改库存的锁，则只有用户 1 能修改数据，而用户 2 只能等着不能修改数据。如下图所示：
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相反，如果没有锁的加持，用户 1 和用户 2 发现库存还有 1 件商品，同时都开始下单，用户 1 先将库存更新为 0，此时商品已经售完，而用户 2 也将库存更新为 0，就导致了卖超的尴尬情况。
MySQL 中锁分类？锁根据使用场景不同，被分成了各种各样的锁。比如读写可以分为读锁和写锁，对于读请求之间相互是互不影响的，因为数据没有被所有，大家读取到的数据都是一样的，所以读锁也称之为共享锁；对于写请求，由于存在数据的变更，所以请求之间是互斥的，所以也称之为排它锁。
对于根据锁锁定的范围大小，可以分为全局锁、表锁、元数据锁、行锁：
全局锁：顾名思义就是对整个数据库进行加锁操作，加锁期间，整个数据库只能够进行读操作。
表锁：是对数据库中的某张表进行加锁，此时表与表之间可以同时进行写操作而互不影响，但是同一时刻同一张表只能有一个写操作。
页面锁：页面锁是介于表锁和行锁之间的一种锁，其优势是中和表锁和行锁的锁开销。
行锁：是对数据库表中的某一行进行加锁操作。
从上也能够看出，锁的范围是逐渐减小的，在实际生产环境中需要根据业务场景来选择不同粒度的锁。
什么是事务？由多个事件组成的一组动作，要么同时成功，要么发生失败时全体进行回滚；换句话说就是多个原子操作合并为一个原子操作。怎么能够保证一个事务能够正确执行呢？想要保证一个事务正确执行的依据是其必须满足 ACID，即原子性（atomicity）、一致性（consistency）、隔离性（isolation）、持久性（durability）。
举个例子：初始状态 A 账户有 100 块，B 账户有 100 块。
原子性：一个事务或执行动作不能被分割为多个阶段去处理，所以整个执行流程要么全部成功，要么失败全部回滚。举例：A 向 B 转账 100 块，A 的账户变成 0，B 的账户变成 200，两个账户的钱增减整体视为一个动作。
一致性：一个状态在经历一些动作之后转变成另外一个状态。举例：A 向 B 转账 100 块，经过 A 向 B 的一个转账动作并且执行成功时，A 的账户变成 0，B 的账户变成 200 块，执行转账动作前后账户的总金额没有发生改变。
隔离性：多个事务在并发操作时，相互之间不能够看到对方执行的动作，即相互之间是隔离的。隔离也分为多个级别，不同的隔离级别所保证的隔离程度也是不一样的。
持久性：一个事务一旦提交以后，其对数据源的修改是永久性的保存到了数据库中。如何做到 100%的持久性是一个几乎不太可能实现的事情，比如数据虽然持久化到了磁盘上，但由于一些不可抗拒的外力因素导致数据发生了丢失，所以在实际情况中需要规定一个持久性的级别，即认为只需要数据持久化到磁盘上就可以认为达到了持久性的特性。
事务的隔离级别MySQL 的事务隔离级别分为一下几种：
举个例子：初始状态 A 账户有 100 块，B 账户有 100 块。
读未提交（Read Uncommitted）：在一个事务中，部分提交后对其他事务可见。举例：A 转账给 B，A 的账户金额变成 0，B 的账户还未增加到 200，A 读取自己的账户时，发现自己的账户金额变为 0，但是由于事务执行中途出现故障（假设 B 账户因为某种原因账户被锁定不能被转账），此时事务进行了回滚操作，那么就会导致 A 读取到账户金额是错误的。这种现象也称之为脏读。
读已提交（Read Committed）：读操作只能够读取到自己事务中的数据或者是事务提交后的结果。举例：转账操作，如果一个请求读取账户 A 的金额，如果事务正常提交了，则其读取的账户金额一定是 0，如果事务回滚，则读取到的金额一定是 100。但是读已提交不能够避免重复读，有可能两次读取到结果不一致。
可重复读（Repeatable Read）：该级别能够保证多次读取到的结果是相同的，但是不能够解决幻读的情况。幻读在数据库中具体的体现是范围查询，比如第一次一个范围查询到的结果集的同时，另外一个事务插入了数据，第二次查询的结果和第一次查询的结果集不一样。
串行化（Serializable）：强制所有事务按照顺序依次执行，只有一个事务执行完成后，下一个事务才能接着执行。这样就能够避免产生脏读、不可重复读、幻读等情况，但是同时也降低了数据库的并发度。
在实际开发场景中，同样需要根据实际业务场景来选择合适的隔离级别，一般用的比较普遍的两种隔离级别是读已提交和可重复读。
MySQL 是怎么实现事务机制的？MySQL 中实现了事务机制的常见存储引擎有 InnoDB 和 NDB（上篇文章也介绍过，本系列全程以 InnoDB 展开介绍）。使用 InnoDB 提交事务的时候，首先需要关闭自动提交，通过 set autocommit = 0 命令关闭自动提交功能，然后通过 start transaction 开启一个事务，接着编写在事务内要执行的 SQL，最后通过 commit 提交事务。
如果两个事务同时提交，并且都需要操作同一个资源，此时会产生 死锁，那么 MySQL 是怎么处理这样情况的呢？InnoDB 采用的是将持有最少行级排他锁进行回滚操作，什么叫持有最少行级排排它锁？大白话解释一下：就是每个事务开启后，需要执行增删改等操作 SQL 的个数。比如有两个事务，一个需要执行 2 个 select 语句和 3 个 update 语句，另外一个需要执行 1 个 select 语句和 1 个 update 语句，当两个事务的 update 同一时刻需要对方锁住的资源时，会将后者的事务进行回滚操作。
MVCC 机制为了降低死锁情况的发生，MySQL 引入录入 MVCC 机制，从而来进一步降低因为加减锁而造成的系统开销。通过在数据表上增加两个隐藏列，一个列用于存储当前行的创建时的版本，另外一个列用于存储当前行的删除时的版本。下面我们来看看 MVCC 机制在 CRUD 中是怎么工作的。
SELECT 操作（由两个条件决定）：
InnoDB 会查找创建行的版本小于等于当前事务版本的数据行。比如目前数据表里的第一行现在有两个版本，分别为 1 和 2，而当前事务的版本号是 1，则此时会选择版本号为 1 的这一行.
InnoDB 会查找删除行的版本大于当前事务版本的数据行。比如目前数据表里的第一行有两个版本，分别为 1 和 2，但是版本号为 1 的那行的删除列标记为 0，而当前书屋的版本号为 1，则此时会选择版本号为 1 的这一行。
当同时满足以上两个条件的时候，select 语句就可以得到一条最新的已提交的且未被删除的行记录。
UPDATE 操作：新插入一条数据到表中，并且将创建列的版本号设置为当前事务的版本号，并且将当前事务的版本号保存到原来记录的删除列上。
INSERT 操作：新插入一条数据到表中，并且将创建列的版本号设置为当前的事务版本号。
DELETE 操作：会将要删除的行的历史所有版本号全部设置上当前的事务版本号。
通过 CRUD 四种操作可以看出，MVCC 机制只能作用于 读已提交 和 可重复读 两个事务隔离级别下，因为读未提交会使得 SELECT 产生脏读，而串行化本身已经是顺序操作了，没有增加 MVCC 机制的必要。
至于 MVCC 的具体实现细节，它结合了 undo log 来实现的，我们在后面讲解 MySQL 的相关日志文件功能的时候再详细展开。
总结本文介绍了 MySQL 的锁机制和事务的概念及实现原理。下篇文章我们来接着研究MySQL 的索引机制，看看它到底该怎么用才能使得查询操作变得更加高效，敬请期待。
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