根据加锁的范围，MySQL里面的锁大致可以分成全局锁、表级锁和行锁三类。 锁的设计比较复杂，这里不涉及锁的具体实现细节，主要介绍碰到锁时的现象和其背后的原理。

全局锁

  • 全局锁：对整个数据库实例加锁。—— 让整个库处于只读状态
  • MySQL加全局读锁的方法的命令：Flush tables with read lock (FTWRL)。加锁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（建表、修改表结构等）和更新类事务的提交语句。

全局锁的典型使用场景是，做全库逻辑备份。

  • 把整库每个表都select出来存成文本。

  1. 以前通过FTWRL确保不会有其他线程对数据库做更新，然后对整个库做备份。

    但是让整库都只读，存在问题：

  • 1.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**；
  • 2.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**。

看来加全局锁不太好。但备份为什么要加锁呢？我们来看一下不加锁会有什么问题。

  • 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，这个视图是逻辑不一致的。
  1. 说到视图，我们在前面讲事务隔离的时候，其实是有一个方法能够拿到一致性视图的，对吧？
  • 是的，就是在可重复读隔离级别下开启一个事务。

官方自带的逻辑备份工具mysqldump：当mysqldump使用参数–single-transaction的时候，导数据之前就会启动一个事务，来确保拿到一致性视图。而由于MVCC的支持，这个过程中数据可以正常更新。

MVCC就是多版本并发控制。 MVCC 是一种并发控制的方法，一般在数据库管理系统中，实现对数据库的并发访问。 为什么需要MVCC呢？数据库通常使用锁来实现隔离性。

  • 最原生的锁，锁住一个资源后会禁止其他任何线程访问同一个资源。但是很多应用的一个特点都是读多写少的场景，很多数据的读取次数远大于修改的次数，而读取数据间互相排斥显得不是很必要。
  • 所以就使用了一种读写锁的方法，读锁和读锁之间不互斥，而写锁和写锁、读锁都互斥。这样就很大提升了系统的并发能力。
  • 之后人们发现并发读还是不够，又提出了能不能让读写之间也不冲突的方法，就是读取数据时通过一种类似快照的方式将数据保存下来，这样读锁就和写锁不冲突了，不同的事务session会看到自己特定版本的数据。当然快照是一种概念模型，不同的数据库可能用不同的方式来实现这种功能。

那有了这个功能，为什么还需要FTWRL呢？一致性读是好，但前提是引擎要支持这个隔离级别。

  • 如: MyISAM不支持事务，当备份过程中有更新，只能取到最新的数据，那么就破坏了备份的一致性。这时，我们就需要使用FTWRL命令了。
  • 所以，single-transaction方法只适用于所有的表使用事务引擎的库。如果有的表使用了不支持事务的引擎，那么备份就只能通过FTWRL方法

你也许会问，既然要全库只读，为什么不使用set global readonly=true的方式呢？ 确实readonly方式也可以让全库进入只读状态，但还是会建议你用FTWRL方式，主要有两个原因：

  • 一是，在有些系统中，readonly的值会被用来做其他逻辑，比如用来判断一个库是主库还是备库。因此，修改global变量的方式影响面更大，我不建议你使用。
  • 二是，在异常处理机制上有差异。执行FTWRL命令后若客户端发生异常断开，MySQL会自动释放这个全局锁，整个库回到可以正常更新的状态。而将整个库设置为readonly之后，发生异常数据库也保持readonly状态，风险较高。

但即使没有被全局锁住，加字段也不是就能一帆风顺的，因为还会碰到接下来我们要介绍的表级锁。

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。
释放锁：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。
需要注意，lock tables语法除了会限制别的线程的读写外，也限定了本线程接下来的操作对象。

举例：当在线程A中执行lock tables t1 read, t2 write; ，则其他线程写t1、读写t2的语句都会被阻塞。同时，线程A在执行unlock tables之前，也只能执行读t1、读写t2的操作。

而对于InnoDB这种支持行锁的引擎，一般不使用lock tables命令来控制并发，毕竟锁住整个表的影响面还是太大。

另一类表级的锁是MDL（metadata lock)。

  • MDL使用特点：MDL不需要显式使用，在访问一个表的时候会被自动加上。
  • MDL的作用：保证读写的正确性，保证变更表结构操作的安全性。在MySQL 5.5中引入了MDL，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。

虽然MDL锁是系统默认会加的，但却是你不能忽略的一个机制。

比如下面这个例子，我经常看到有人掉到这个坑里：给一个小表加个字段，导致整个库挂了。

你肯定知道，给一个表加字段，或者修改字段，或者加索引，需要扫描全表的数据。
我们来看下面的操作序列，假设表t是一个小表。
image.png

  1. session A先启动，这时会对表t加一个MDL读锁。
  2. session B需要的也是MDL读锁，因此可以正常执行。
  3. session C会被blocked，因为session A的MDL读锁还没释放，而session C需要MDL写锁，因此只能被阻塞。
  4. 如果只有session C自己被阻塞还没什么关系，但是之后所有要在表t上新申请MDL读锁的请求也会被session C阻塞。前面我们说了，所有对表的增删改查操作都需要先申请MDL读锁，就都被锁住，等于这个表现在完全不可读写了。

当某个表上的查询语句频繁，而且客户端有重试机制 (也就是说超时后会再起一个新session再请求)，这个库的线程很快就会爆满。你现在应该知道了，事务中的MDL锁，在语句执行开始时申请，但是语句结束后并不会马上释放，而会等到整个事务提交后再释放。

基于上面的分析，我们来讨论一个问题，如何安全地给小表加字段？

  • 首先我们要解决长事务，事务不提交，就会一直占着MDL锁。在MySQL的information_schema 库的 innodb_trx 表中，你可以查到当前执行中的事务。如果你要做DDL变更的表刚好有长事务在执行，要考虑先暂停DDL，或者kill掉这个长事务。

但考虑一下这个场景。如果你要变更的表是一个热点表，虽然数据量不大，但是上面的请求很频繁，而你不得不加个字段，你该怎么做呢？

  • 这时候kill可能未必管用，因为新的请求马上就来了。
  • 比较理想的机制是，在alter table语句里面设定等待时间，如果在这个指定的等待时间里面能够拿到MDL写锁最好，拿不到也不要阻塞后面的业务语句，先放弃。之后开发人员或者DBA再通过重试命令重复这个过程。

总结

  1. 全局锁主要用在逻辑备份过程中。对于全部是InnoDB引擎的库，我建议你选择使用–single-transaction参数，对应用会更友好。
  2. 表锁一般是在数据库引擎不支持行锁的时候才会被用到的。如果你发现你的应用程序里有lock tables这样的语句，你需要追查一下，比较可能的情况是：
  • 要么是你的系统现在还在用MyISAM这类不支持事务的引擎，那要安排升级换引擎；
  • 要么是你的引擎升级了，但是代码还没升级。我见过这样的情况，最后业务开发就是把lock tables 和 unlock tables 改成 begin 和 commit，问题就解决了。
  1. MDL会直到事务提交才释放，在做表结构变更时，你一定要小心不要导致锁住线上查询和更新。

思考

备份一般都会在备库上执行，你在用–single-transaction方法做逻辑备份的过程中，如果从主库的binlog传来一个DDL语句，比如给一个表上加了一列。这时候，从备库上会看到什么现象呢？

假设这个DDL是针对表t1的， 这里我把备份过程中几个关键的语句列出来：
Q1:SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
Q2:START TRANSACTION WITH CONSISTENT SNAPSHOT； / other tables /
Q3:SAVEPOINT sp; / 时刻 1 /
Q4:show create table t1; / 时刻 2 /
Q5:SELECT FROM t1;** / 时刻 3 /
Q6:ROLLBACK TO SAVEPOINT sp; / 时刻 4 / **/ other tables */

  • Q1：在备份开始的时候，为了确保RR（可重复读）隔离级别，再设置一次RR隔离级别;
  • Q2：启动事务，用 WITH CONSISTENT SNAPSHOT确保这个语句执行完就得到一个一致性视图；
  • Q3：设置一个保存点，这个很重要；
  • Q4：show create 是为了拿到表结构，
  • Q5：然后正式导数据，
  • Q6：回滚到SAVEPOINT sp，在这里的作用是释放 t1的MDL锁 。——“超纲”

DDL从主库传过来的时间按照效果不同，我打了四个时刻。题目设定为小表，我们假定到达后，如果开始执行，则很快能够执行完成。

参考答案如下：

  1. 如果在Q4语句执行之前到达。现象：没有影响，备份拿到的是DDL后的表结构。
  2. 如果在“时刻 2”到达，则表结构被改过。Q5执行的时候，报 Table definition has changed, please retry transaction，现象：mysqldump终止；
  3. 如果在“时刻2”和“时刻3”之间到达，mysqldump占着t1的MDL读锁，binlog被阻塞。现象：主从延迟，直到Q6执行完成。
  4. 从“时刻4”开始，mysqldump释放了MDL读锁。现象：没有影响，备份拿到的是DDL前的表结构。