什么是排他锁和共享锁

问题

什么是排他锁和共享锁?

答案

核心概念

共享锁(Shared Lock, S锁):允许事务读取一行数据,多个事务可以同时持有同一资源的共享锁。 排他锁(Exclusive Lock, X锁):允许事务更新或删除一行数据,一旦事务持有排他锁,其他事务无法获取该资源的任何锁。

锁的兼容性矩阵

	共享锁(S)	排他锁(X)
共享锁(S)	✓ 兼容	✗ 冲突
排他锁(X)	✗ 冲突	✗ 冲突

含义:

S锁与S锁兼容:多个事务可以同时读取同一数据
S锁与X锁冲突:读锁阻止写,写锁阻止读
X锁与X锁冲突:写操作之间互斥

SQL语法与加锁方式

1. 共享锁(S锁)

-- 显式加共享锁
SELECT * FROM users WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;

-- MySQL 8.0新语法
SELECT * FROM users WHERE id = 1 FOR SHARE;

-- 普通SELECT不加锁(MVCC实现快照读)
SELECT * FROM users WHERE id = 1;  -- 不加锁

应用场景:

确保读取期间数据不被修改
多个事务需要同时读取相同数据
检查外键约束时自动加S锁

2. 排他锁(X锁)

-- 显式加排他锁
SELECT * FROM users WHERE id = 1 FOR UPDATE;

-- DML语句自动加排他锁
UPDATE users SET name = 'Alice' WHERE id = 1;  -- 自动加X锁
DELETE FROM users WHERE id = 1;                -- 自动加X锁
INSERT INTO users VALUES (1, 'Alice');         -- 自动加X锁

应用场景:

数据修改操作(INSERT/UPDATE/DELETE)
读取后立即修改(避免并发修改冲突)
分布式锁实现(SELECT FOR UPDATE)

实际并发场景示例

场景1:共享锁的并发读

-- 事务A:加共享锁读取
BEGIN;
SELECT * FROM account WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;  -- balance = 1000
-- 持有S锁...

-- 事务B:可以同时读取
BEGIN;
SELECT * FROM account WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;  -- balance = 1000
-- 成功!两个事务同时持有S锁

-- 事务C:无法修改,等待
UPDATE account SET balance = 500 WHERE id = 1;  -- 等待S锁释放

场景2:排他锁的互斥

-- 事务A:加排他锁
BEGIN;
SELECT * FROM account WHERE id = 1 FOR UPDATE;  -- 持有X锁

-- 事务B:无法读(LOCK IN SHARE MODE)
SELECT * FROM account WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;  -- 等待

-- 事务C:无法写
UPDATE account SET balance = 500 WHERE id = 1;  -- 等待

-- 事务D:可以快照读(不加锁)
SELECT * FROM account WHERE id = 1;  -- 成功(MVCC读取旧版本)

场景3:共享锁升级为排他锁(死锁风险)

-- 事务A
BEGIN;
SELECT * FROM account WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;  -- 持有S锁
-- 尝试升级为X锁
UPDATE account SET balance = 500 WHERE id = 1;  -- 等待事务B释放S锁

-- 事务B(同时执行)
BEGIN;
SELECT * FROM account WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;  -- 持有S锁
-- 尝试升级为X锁
UPDATE account SET balance = 800 WHERE id = 1;  -- 等待事务A释放S锁

-- 结果:死锁!InnoDB自动检测并回滚一个事务

实现原理(简化)

/**
 * 锁管理器伪代码
 */
class LockManager {
    Map<RowId, Set<Transaction>> sharedLocks = new HashMap<>();
    Map<RowId, Transaction> exclusiveLocks = new HashMap<>();

    // 申请共享锁
    public boolean acquireSharedLock(RowId row, Transaction txn) {
        // 检查是否有排他锁
        if (exclusiveLocks.containsKey(row)) {
            return false;  // 等待排他锁释放
        }
        // 加入共享锁集合
        sharedLocks.computeIfAbsent(row, k -> new HashSet<>()).add(txn);
        return true;
    }

    // 申请排他锁
    public boolean acquireExclusiveLock(RowId row, Transaction txn) {
        // 检查是否有其他事务持有锁
        if (exclusiveLocks.containsKey(row) ||
            (sharedLocks.containsKey(row) && sharedLocks.get(row).size() > 0)) {
            return false;  // 等待所有锁释放
        }
        exclusiveLocks.put(row, txn);
        return true;
    }
}

分布式锁实现

-- 使用SELECT FOR UPDATE实现悲观锁
BEGIN;
-- 尝试获取分布式锁
SELECT * FROM distributed_lock WHERE resource_name = 'order_123' FOR UPDATE;

-- 执行业务逻辑
UPDATE orders SET status = 'processing' WHERE id = 123;

COMMIT;  -- 释放锁

性能与优化

1. 优先使用MVCC快照读

-- 不推荐:加共享锁降低并发
SELECT * FROM users WHERE id = 1 LOCK IN SHARE MODE;

-- 推荐:利用MVCC,无锁读取
SELECT * FROM users WHERE id = 1;  -- 读取一致性快照

2. 避免长事务持有锁

-- 错误:长事务持有锁时间过长
BEGIN;
SELECT * FROM account WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- 执行复杂业务逻辑(耗时10秒)...
COMMIT;

-- 正确:缩短锁持有时间
BEGIN;
SELECT * FROM account WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- 快速完成数据修改
UPDATE account SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
COMMIT;

3. 减少锁冲突

-- 高并发场景:拆分热点行
-- 原表设计:单行记录总库存
UPDATE inventory SET total = total - 1 WHERE product_id = 100;  -- 高并发冲突

-- 优化:分段库存
UPDATE inventory_shards SET amount = amount - 1
WHERE product_id = 100 AND shard_id = (user_id % 10);  -- 减少冲突

不同隔离级别下的行为

隔离级别	SELECT	LOCK IN SHARE MODE	FOR UPDATE
READ UNCOMMITTED	不加锁	S锁	X锁
READ COMMITTED	不加锁	S锁(读完即释放)	X锁
REPEATABLE READ	不加锁	S锁(事务结束释放)	X锁+Gap锁
SERIALIZABLE	自动加S锁	S锁	X锁

答题总结

共享锁和排他锁是实现数据库并发控制的基础机制:

S锁允许并发读,适用于多个事务同时查询同一数据
X锁保证独占写,确保数据修改的原子性和一致性
关键规则:读读不互斥,读写/写写互斥

面试要点:

理解锁的兼容性矩阵
区分显式加锁(LOCK IN SHARE MODE/FOR UPDATE)和自动加锁(DML)
掌握MVCC快照读不加锁的特性
警惕S锁升级X锁可能导致的死锁问题

在实际开发中,应尽量使用MVCC快照读代替共享锁,用乐观锁代替排他锁,以提高系统并发性能。