锁定读 Locking Reads

有过编程语言并发学习经验的同学，应该都了解过读写锁的概念。读写锁主要是为了解决多读少写条件下，程序的并发性能问题。它的特点即是：如果一个线程持有了读锁，那么其他线程也是可以继续读取它锁定的数据，但是不能进行修改，即加写锁；如果一个线程持有了写锁，那么它会阻止任何其他线程的读取和修改。在数据库领域，也有读写锁的概念，下面让我们来了解一下。

在一个事务中，查询数据并且插入或者更新相关的数据，使用常规的 SELECT 语句并不能提供足够的保护。其他事务可以更新或者删除你刚好查询的数据行。因此，InnoDB 支持了两种不同类型的锁定读来提供额外的安全性。Locking Reads 这里我把它称为锁定读，它的作用就是在查询数据时加上读锁或者写锁。

共享锁 Shared Lock，又称为读锁，简称 S 锁：
允许一个事务读取数据，但不允许其他事务修改数据。共享锁通常用于查询操作，以确保查询期间不会有事务修改数据。
排他锁 Exclusive Lock，又称为写锁，简称 X 锁：
允许一个事务读取和修改数据，但不允许其他事务读取或者修改数据。排他锁通常用于更新或者删除操作，以确保在事务完成之前不会有其他事务修改数据。

注：我觉得 Exclusive Lock 翻译成独占锁也挺好的。

共享锁和排他锁针对的是数据行级别的锁，而不是针对的整个表的锁。不过，在某些情况下，它也会从行锁退化成表锁（这是很严重的问题，应该极力避免它的发生）。

因此在一个事务中查询数据时，需要根据需要来使用共享锁或者排他锁：

查询加共享锁：SELECT ... FOR SHARE
查询加排他锁：SELECT ... FOR UPDATE

注意：锁定读必须在事务语句中才可以生效，或者关系事务的自动提交。

`SELECT ... FOR SHARE`

在一个事务中，给查询的数据行设置一个共享锁。在事务提交之前，其他的事务（或者会话）可以读取这些数据行，但是不能修改它们。如果这些数据行中的任何数据被其他事务修改了并且没有提交，你的加锁查询必须等待，直到其他事务结束，并且会获取到最新的值。

SELECT ... FOR SHARE 是 SELECT ... LOCK IN SHARE MODE 的替代，但是为了向后兼容后者依然可以使用，所以这两句是等价的。因为我这里使用的 MySQL 是 8.0 的版本，所以参考的文档也是 8.0 的。

`SELECT ... FOR UPDATE`

在一个事务中，给查询的数据行设置一个排他锁，对于搜索遇到的索引记录，它会锁定数据行和相关的索引项，这与使用 UPDATE 语句的效果是相同的。其他事务会被阻止更新（UPDATE）这些数据行、执行查询加共享锁（SELECT ... FOR SHARE）或者读取在某些隔离级别的数据。一致性读取（Consistent Read）会忽略在读取视图中存在的记录上设置在数据行上的任何锁定。（旧版本的记录行无法被锁定；它们是通过 undo logs 重建在记录的内存副本上的）。

注：后面这个一致性读取涉及另一个 MySQL 的重要特性：MVCC，多版本并发控制。

所有通过 FOR SHARE 和 FOR UPDATE 查询设置的锁，在事务被提交或者回滚时都会被释放。

注意：外部查询语句的锁定读不会锁定子查询语句，除非在子查询语句中也使用锁定读。下面是两个官方文档的例子：

这条语句不会锁定表 t2 中的行：

SELECT * FROM t1 WHERE c1 = (SELECT c1 FROM t2) FOR UPDATE;

如果要锁定表 t2 中的行，在子查询中使用锁定读语句：

SELECT * FROM t1 WHERE c1 = (SELECT c1 FROM t2 FOR UPDATE) FOR UPDATE;

实践

这里来分别实践一下加读锁和加写锁的场景，以及这个过程。

测试表结构：现在是有一个用户账户表（t_user_account），现在再添加一个用户信息表（t_user_info)，它的 account_id 字段是用户账户表的主键。

CREATE table t_user_account(
	id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(20) NOT NULL,
    balance INT NOT NULL,
    PRIMARY KEY (id)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;


CREATE table t_user_info(
	id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    account_id INT NOT NULL,
    PRIMARY KEY (id)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

查询加读锁

那么现在我需要给用户信息表添加一条记录，这样会有问题吗？这里显然是需要事务的，因为这是多条 SQL 语句了，但是这样就高枕无忧了吗？

在这里插入图片描述

如果在第一个事务执行查询之后，第二个事务把它查询的数据给删除了呢？这样就会失去参照完整性（referential integrity）了。所以，为了确保在第一个事务执行完成之前，它所依赖的数据不被修改，我们需要加读锁（当然可以加写锁了，但是加了写锁其他事务就无法读取了，影响系统的性能）。如下图，加了写锁之后，第二个事务尝试去删除对应的记录就会被卡住（默认的超时时间是 50s）。

在这里插入图片描述

查询加写锁

这里来模拟一个并发存取钱的场景：

事务 A：查询 id = 1 的用户的余额，然后模拟存 200。
事务 B：查询 id = 1 的用户的余额，然后模拟取 400。

如果这里不加写锁，那么我们来看一下可能出现的错误：

在这里插入图片描述

由于可重复读的原因，第二个事务读取的是它那个时间点数据的快照（MVCC），这样就会导致最终的金额是错误的，两个事务对同一个金额进行修改。也就是说，在第一个事务读取到金额之后，应该阻止其他的事务进行读取，在它执行结束后，才能允许其他事务操作。所以这里需要加写锁，下面是在事务开始之后加写锁之后的执行效果，最终的结果是正确的。这样 id = 1 的这行记录就会被锁住，其他事务是无法对其进行查询（加锁 SELECT）和修改（UPDATE、DELETE）。

在这里插入图片描述