数据库锁机制与并发控制 描述 数据库锁机制是并发控制的核心技术，用于协调多个事务同时访问共享数据时的冲突问题。当多个事务并发执行时，可能会引发脏读、不可重复读、幻读等问题。锁机制通过为数据资源加锁，限制其他事务的访问方式，从而确保数据的一致性和隔离性。理解锁的类型、兼容性以及死锁是掌握该知识点的关键。 解题过程 我们将从并发问题入手，逐步讲解锁如何解决这些问题。 第一步：理解并发操作可能引发的问题 在多个事务未经控制地并发执行时，会出现以下典型问题： 脏读 ：事务A读取了事务B 已修改但未提交 的数据。如果事务B后来回滚，那么事务A读到的就是无效的“脏”数据。 不可重复读 ：事务A内多次读取同一数据。在两次读取的间隔，事务B 修改并提交 了该数据，导致事务A两次读取的结果不一致。 幻读 ：事务A根据条件查询一批数据。在查询过程中，事务B 插入或删除 了符合该条件的记录并提交，导致事务A再次查询时，结果集的行数发生了变化，如同出现了“幻觉”。 第二步：认识锁的基本类型——共享锁与排他锁 锁是解决上述问题的基本工具。最核心的两种锁是： 共享锁（S锁，读锁） ： 作用 ：用于读取操作。一个事务对数据对象加了S锁后， 其他事务可以继续加S锁 进行读取，但 不能加X锁 进行修改。 类比 ：就像多人同时打开同一份文档阅读，大家都能看，但不能有任何人去修改它。 排他锁（X锁，写锁） ： 作用 ：用于写入操作（增、删、改）。一个事务对数据对象加了X锁后， 其他事务既不能对其加S锁（读取），也不能加X锁（修改） 。 类比 ：就像一个人锁上门独自在房间里修改文档，在此期间，其他人既不能进来看，也不能进来改。 锁的兼容性矩阵 如下： | 当前已有的锁 | 请求共享锁（S） | 请求排他锁（X） | | :--- | :---: | :---: | | 无锁 | 允许 | 允许 | | 共享锁（S） | 允许 | 拒绝 | | 排他锁（X） | 拒绝 | 拒绝 | 第三步：锁是如何解决并发问题的 现在，我们看锁如何应用于事务来解决第一步中的问题。 解决脏读 ：事务B在修改数据前必须先获得X锁。在事务B提交之前，这个X锁一直持有。此时事务A尝试读取该数据（请求S锁），但由于X锁与S锁不兼容，请求会被阻塞，直到事务B提交或回滚后释放X锁。这样，事务A就读不到未提交的数据。 解决不可重复读 ：事务A在第一次读取数据后，并不立即释放S锁，而是持续持有直到事务结束。这样，在事务A执行期间，事务B尝试修改该数据（请求X锁）会被阻塞，因为S锁和X锁不兼容。这就保证了事务A在期间多次读取该数据时，结果是一致的。 解决幻读 ：解决幻读需要一种更“宽”的锁，称为 范围锁 。事务A在查询时（例如 WHERE age > 20 ），不仅会为表中已有的、满足 age > 20 的记录加锁，还会为整个 age > 20 这个“范围”加锁。这个范围锁会阻止其他事务在这个范围内插入新的记录（例如 INSERT ... age=25 ），从而防止了幻读的发生。 第四步：理解锁的粒度 锁可以施加在不同大小的数据单元上，这就是锁的粒度。 行级锁 ：锁住一行记录。粒度最小，并发度最高，但管理开销最大。 页级锁 ：锁住一页数据（数据库存储的基本单位，通常包含多行）。粒度与开销介于行锁和表锁之间。 表级锁 ：锁住整张表。粒度最大，实现简单，开销小，但并发度非常低。 数据库系统会根据操作需要自动选择最合适的锁粒度。 第五步：认识死锁及其解决策略 当多个事务互相等待对方释放锁时，就会进入死锁状态。 示例 ： 事务A锁住了行1，请求锁行2。 事务B锁住了行2，请求锁行1。 此时，事务A等待事务B释放行2，事务B等待事务A释放行1。双方无限期等待，形成死锁。 解决策略 ： 预防 ：规定所有事务必须按统一的顺序申请锁，破坏“循环等待”条件。 检测与恢复（数据库常用） ：系统维护一个“等待图”来检测是否存在循环等待（死锁）。一旦检测到死锁，会选择一个“牺牲者”事务（通常选择撤销代价最小的那个），将其 回滚 并释放其持有的所有锁，从而让其他事务得以继续执行。 总结 数据库锁机制是一个通过 共享锁(S) 和 排他锁(X) 来控制并发访问的系统。它通过锁的兼容性规则和不同的加锁策略，在不同隔离级别下解决了脏读、不可重复读和幻读等问题。同时，需要注意锁的粒度权衡和死锁的应对策略。理解这套机制，是设计和优化高并发数据库应用的基础。