数据库——锁

title: 数据库——锁
date: 2024-07-06 12:25:15
tags: 数据库
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description: 数据库里对锁的应用，锁的一些相关知识

锁

在数据库管理和并发编程中，锁（Locks）是一种重要的同步机制，用于控制多个用户对共享资源的访问，以避免数据的不一致性和冲突。锁的主要目的是确保在给定时间内，只有一个事务（或进程、线程）可以访问特定的数据或资源。

锁的类型

1. 共享锁（Shared Locks, S锁）：

   • 允许多个事务同时读取同一资源，但禁止任何事务写入该资源。也称为读锁。
   • 当事务对数据加上S锁后，其他事务可以继续加S锁，但如果其他事务想加排他锁（X锁）则必须等待该事务释放S锁。

2. 排他锁（Exclusive Locks, X锁）：

   • 允许事务独占访问特定资源，即加锁期间既不允许其他事务读取，也不允许写入。也称为写锁。
   • 当事务对数据加上X锁后，其他事务不能对其加任何类型的锁，直到该锁被释放。

3. 意向锁（Intention Locks）：

   • 是一种特殊的表级锁，表示事务将来可能对表中的行加锁。意向锁分为意向共享锁（IS锁）和意向排他锁（IX锁）。
   • 意向锁的主要目的是表明事务的锁定意向，以提高锁定的效率。例如，在添加行级X锁之前，需要先在表上加IX锁，这样其他事务在尝试对表加S锁或X锁时就可以快速判断是否有冲突。

4. 记录锁（Record Locks）：

   • 锁定数据库表中的一条记录。

5. 间隙锁（Gap Locks）：

   • 锁定一个范围，但不包括记录本身。主要用于防止幻读。

6. 临键锁（Next-Key Locks）：

   • 是记录锁和间隙锁的组合，锁定一个范围并包括记录本身。MySQL的InnoDB存储引擎默认使用临键锁来防止幻读。

锁的特性

• 互斥性：任何时刻，只有一个事务可以持有锁。
• 可见性：锁定的资源对其他事务是不可见的，直到锁被释放。
• 死锁：两个或多个事务在执行过程中，因争夺资源而造成的一种相互等待的现象。数据库管理系统需要检测和解决死锁问题。

锁的管理

• 锁的粒度：决定了锁定资源的大小，可以是数据库、表、页或行。锁的粒度越小，系统的并发性越高，但管理锁的开销也越大。
• 锁的策略：包括悲观锁（Pessimistic Locking）和乐观锁（Optimistic Locking）两种。悲观锁假定最坏的情况，在数据处理前就加锁；乐观锁则假设不会发生并发冲突，只在更新数据时检查是否有冲突。

在数据库设计中，合理地使用锁机制是保证数据一致性和完整性的关键。然而，过度的锁定会导致性能下降，因此需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的锁策略和粒度。

事务隔离级别与锁

• 在 读取未提交 隔离级别下，读取数据不需要加 共享锁，这样就不会跟被修改的数据上的 排他锁 冲突；

• 在 读取已提交 隔离级别下，读操作需要加 共享锁，但是在语句执行完以后释放共享锁；

• 在 可重复读 隔离级别下，读操作需要加 共享锁，但是在事务提交之前并不释放共享锁，也就是必须等待事务执行完毕以后才释放共享锁；

• 可串行化 是限制性最强的隔离级别，因为该级别 锁定整个范围的键，并一直持有锁，直到事务完成

死锁与解决

死锁简述

死锁是指两个或多个进程在执行过程中，因争夺资源而造成的一种相互等待的现象，若无外力作用，这些进程都将无法向前推进。具体来说，当一组进程中的每个进程都在等待另一个进程所占有的资源时，这组进程就发生了死锁。

死锁的产生通常源于多个进程对资源的争夺，主要包括以下几点：

1. 系统资源不足：系统分配给进程的资源不足以满足所有进程的需求。
2. 进程运行推进的顺序不当：进程推进顺序不当也可能导致死锁。
3. 资源分配不当：资源分配策略不合理，如资源分配不均匀或过于集中。

死锁产生的必要条件

1. 互斥条件：进程在运行中对资源进行排他性使用，即一个资源仅能被一个进程使用，此时其他进程请求资源时，只能等待其释放。
2. 请求与保持条件：某进程已经保持了一个资源，但又请求另一个资源，若该资源被其他进程占有，此时请求阻塞，且对已经占有的资源不释放。
3. 不可抢占条件：进程获得的资源在未使用完时不可被抢占，只能在进程使用完时自己释放。
4. 循环等待条件：发生死锁时，必然存在这样一个循环，一个进程p1等待p2占有的资源，进程p2等待p3占有的资源……进程pn等待p1占有的资源。

死锁的解决办法

1. 死锁预防

   • 这是一种较简单和直观的事先预防的方法。通过设置某些限制条件，去破坏产生死锁的四个必要条件中的一个或者几个，来预防发生死锁。但这种方法可能会导致系统资源利用率和系统吞吐量降低。

2. 死锁避免

   • 系统对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查，并根据检查结果决定是否分配资源。如果分配后系统可能发生死锁，则不予分配，否则予以分配。这是一种保证系统不进入死锁状态的动态策略。

3. 死锁检测和解除

   • 先检测：不须事先采取任何限制性措施，也不必检查系统是否已经进入不安全区。允许系统在运行过程中发生死锁，但可通过系统所设置的检测机构，及时地检测出死锁的发生，并精确地确定与死锁有关的进程和资源。检测方法包括定时检测、效率低时检测、进程等待时检测等。
   • 然后解除死锁：采取适当措施，从系统中将已发生的死锁清除掉。常用的实施方法是撤销或挂起一些进程，以便回收一些资源，再将这些资源分配给已处于阻塞状态的进程，使之转为就绪状态，以继续运行。

4. 其他具体方法

   • 按序加锁：确保所有的线程都是按照相同的顺序获得锁，这样可以有效防止循环等待条件的出现。
   • 尝试加锁超时：线程在尝试获取锁时设置一个超时时间，如果超时则放弃对该锁的请求，并释放已经占有的锁，然后等待一段时间后重试。
   • 锁排序和分组：将锁按照一定的规则进行排序或分组，并规定严格的加锁顺序，以减少死锁的发生。
   • 使用无锁数据结构：通过原子操作等无锁机制来实现并发控制，从而避免死锁的发生。

乐观锁和悲观锁

乐观锁

• 核心思想：乐观锁认为数据在多个事务之间很少会发生冲突，因此在读取数据时不对其加锁。当更新数据时，会检查数据是否自上次读取后已被其他事务修改（通常通过版本号或时间戳）。

• 优点：并发性能好，因为读取数据时不加锁。

• 缺点：在高并发情况下，可能会出现较多的更新冲突，需要重试。

悲观锁

• 核心思想：悲观锁认为数据在多个事务之间很容易发生冲突，因此在读取数据时立即加锁，以防止其他事务修改数据。

• 优点：数据一致性好，能够防止数据在并发环境下被多个事务同时修改。

• 缺点：并发性能较低，因为读取数据时就需要加锁，可能阻塞其他事务的访问。

简而言之，乐观锁适合读多写少的场景，而悲观锁适合写多读少的场景。