如何在数据库中高效实现订座功能？

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第一部分：SKIP LOCKED/NOWAIT订座功能实现

订座在现实生活中是一种很常见的场景，比较常见的有火车票席位选择，电影院席位选择等等。那么如何实现订座功能呢？应用程序可能有很多种不同的实现方式，当然，肯定离不开数据库。这里将介绍一种纯数据库的实现方式。

设想我们有一张座位表如下：

CREATE TABLE seats (seat_no INT PRIMARY KEY,booked ENUM('YES', 'NO') DEFAULT 'NO') ENGINE=InnoDB;
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表中有100个席位，从0到99。例如我们要预定席位2，3，我们可以先开启事务，锁定席位：

START TRANSACTION;SELECT * FROM seats WHERE seat_no IN (2,3) AND booked = 'NO' FOR UPDATE;
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SELECT… FOR UPDATE语句返回结果有如下三种情况：

1.返回成功，并且结果集包含2和3，那么说明锁定成功。我们可以之行下一步操作，等待支付完成，并更新席位状态并提交事务，订座完成。 UPDATE seats SET booked = 'YES' WHERE seat_no IN (2,3) COMMIT;
2.返回成功，但结果集为空，或者只包含2或者3，那么说明锁定失败。
3.很长时间不返回直到返回超时。比如席位2或者3已经被另一事务锁定，并且在等待支付完成或者发生其他情况，导致该事务一直未提交(commit)或者回滚(rollback)。返回超时默认需要等待50秒，我们可以通过修改innodb_lock_wait_timeout参数来配置合理的等待时间。超时之后返回的错误如下： ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

情况3对用户来说，意味着卡死，完全不能接受。为什么会发生等待？在InnoDB的锁系统(lock system)中，席位2如果被一个事务上了X（写锁）锁或者IX锁(意向更新锁)，那么下一个事务要对席位2上X锁或者IX锁的事务，就要等待。这是由事务本身的特性(ACID)决定的。

那么是否有一种方法避免等待以及后续可能发生的超时呢？MySQL 8.0 提供的新功能SKIP LOCKED/NOWAIT就可以。 SKIP LOCKED的意思是跳过那些已经被其他事务锁定了的席位。使用如下SKIP LOCKED语句进行席位锁定，那么返回的结果集可能为空，2或3，2和3。当结果集不为空时，返回的席位即被锁定成功。

SELECT * FROM seats WHERE seat_no IN (2,3) AND booked = 'NO'FOR UPDATE SKIP LOCKED;
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NOWAIT的意思是如果碰到被其他事务锁定的席位，不等待并直接返回错误。使用如下NOWAIT语句进行席位锁定，那么返回结果集2和3，要么返回错误。

SELECT * FROM seats WHERE seat_no IN (2,3) AND booked = 'NO'FOR UPDATE NOWAIT;
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如果返回错误，如下：

ERROR 3572 (HY000): Do not wait for lock.
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如果成功锁定两个席位，通过如下语句查询锁系统的状态：

SELECT thread_id, object_name, lock_type, lock_mode, lock_data, lock_status FROM performance_schema.data_locks;+-----------+-------------+-----------+-----------+-----------+-------------+| thread_id | object_name | lock_type | lock_mode | lock_data | lock_status |
+-----------+-------------+-----------+-----------+-----------+-------------+|        43 | seats       | TABLE     | IX        | NULL      | GRANTED     |
|        43 | seats       | RECORD    | X         | 2         | WAITING     |
|        42 | seats       | TABLE     | IX        | NULL      | GRANTED     |
|        42 | seats       | RECORD    | X         | 2         | GRANTED     |
|        42 | seats       | RECORD    | X         | 3         | GRANTED     |
+-----------+-------------+-----------+-----------+-----------+-------------+
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SKIP LOCKED还可以很方便的用来进行随机分配席位。例如我们只需要锁定两个空的席位就可以通过如下语句实现。

SELECT * FROM seats WHERE booked = 'NO' LIMIT 2 FOR UPDATE SKIP LOCKED;
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SKIP LOCKED/NOWAIT功能只针对行锁(record lock)，不包括表锁(table lock)，元数据锁(metadata lock/MDL)。因此，带有SKIP LOCKED/NOWAIT的查询语句依然可能会因为表锁或元数据库锁而阻塞。元数据锁是MySQL Server层用来保护数据库对象的并发访问的一致性而创建的，数据库对象不仅包括表，同时包括库，函数，存储过程，触发器，事件等等。表和行锁是InnoDB存储引擎内部为了保证事务的一致性而创建的不同粒度的锁。

另外，SKIP LOCKED/NOWAIT还可以配合FOR SHARE使用，并且可以与单表绑定。例如：

SELECT seat_noFROM seats JOIN seat_rows USING ( row_no )WHERE seat_no IN (2,3) AND seat_rows.row_no IN (12)AND booked = 'NO'FOR UPDATE OF seats SKIP LOCKEDFOR SHARE OF seat_rows NOWAIT;
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第二部分：SKIP LOCKED/NOWAIT在InnoDB中的代码实现

在InnoDB中，实现SKIP LOCKED/NOWAIT具体实现如下：

1.增加新的查询模式 enum select_mode { SELECT_ORDINARY = 0, /* default behaviour / SELECT_SKIP_LOCKED, / skip the row if row is locked / SELECT_NO_WAIT / return immediately if row is locked */ };
2.在查询开始前，设置查询模式 ha_innobase::store_lock(): /* Set select mode for SKIP LOCKED / NO_WAIT */ switch (lock_type) { case TL_READ_SHARED_SKIP_LOCKED: case TL_WRITE_SKIP_LOCKED: m_prebuilt->select_mode = SELECT_SKIP_LOCKED; break; case TL_READ_SHARED_NO_WAIT: case TL_WRITE_NO_WAIT: m_prebuilt->select_mode = SELECT_NO_WAIT; break; default: m_prebuilt->select_mode = SELECT_ORDINARY; break; }
3.上锁函数中，如果记录已被锁定，针对对不同查询模式进行相应处理： lock_rec_lock_slow(): if (wait_for != NULL) { switch (sel_mode) { case SELECT_SKIP_LOCKED: err = DB_SKIP_LOCKED; break; case SELECT_NO_WAIT: err = DB_LOCK_NOWAIT; break;
4.查询中对上锁结果进行处理： row_search_mvcc(): case DB_SKIP_LOCKED: goto next_rec; 对DB_LOCK_NOWAIT的处理则是回滚当前语句（statement），见函数row_mysql_handle_errors（）。
5.二级索引(secondary index)的处理在InnoDB中，对表中记录的锁定分两种情况。第一种是查询使用是聚集索引（cluster index），那么直接对聚集索引的记录上锁；第二中是查询使用的是二级索引，那么首先对二级索引的记录上锁，然后根据二级索引的记录，找到对应的聚集索引记录进行上锁。所以，对于第一部分订座的席位表中，如果存在二级索引，对于锁定表中一条记录而言，最终锁定成功与否，还是以锁定聚集索引记录为准。

SKIP LOCKED/NOWAIT可以非常高效地实现订座这个场景，作为InnoDB部分（WL#8919: InnoDB: Implement NOWAIT and SKIP LOCKED）的原作者，我也期待着大家来分享该功能更多的使用场景。

参考链接：

1.MySQL 8.0.1: Using SKIP LOCKED and NOWAIT to handle hot rows
2.WL#3597: Implement NOWAIT and SKIP LOCKED
3.WL#8919: InnoDB: Implement NOWAIT and SKIP LOCKED
4.WL#6657: PERFORMANCE_SCHEMA, DATA LOCKS

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此文已由作者授权腾讯云+社区发布，原文链接：https://cloud.tencent.com/developer/article/1163316?fromSource=waitui

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