实习成长之路：MySQL五：全局锁和表锁：给表加个字段怎么有这么多阻碍？

思考题参考答案以及一些优质问题

表的逻辑结构，表 —> 段 —> 段中存在数据段(leaf node segment) ，索引段( Non-leaf node segment）,请问数据段就是主键索引的数据，索引段就是二级索引的数据么
建立的每个索引都有要维护一个数据段么？？那么新插入一行值，岂不是每个索引段都会维护这个值
索引的n阶表示n个数据页么。那是不是插入第一行数据树高1 ，就是一个数据页，插入二三行，树高是二，那就是两个数据页，而且B+树只有leaf node存数据，所以父节点实际上有没有数据，但是占一个页，好浪费，是我理解有误么
树高取决于数据页的大小么，这个不是很能理解，数据页为16k 。那么树高不是一个定值了么，难道还和里面存数据的大小有关么
查询数据的时候，大致的流程细化来说 ,我这么理解对么。通过优化器到表里的数据段／索引段取数据，数据是按照段->区->页维度去取，取完后先放到数据缓冲池中，再通过二分法查询叶结点的有序链表数组找到行数据返回给用户。当数据量大的时候，会存在不同的区，取范围值的时候会到不同的区取页的数据返回用户。

参考答案：

这样理解也算对，不过要记得主键也是索引的一种哈
是的，所以说索引越多，“维护成本”越大
如果是几百个儿子节点共用一个父节点，是不是就不会看上去那么浪费啦
树高其实取决于叶子树（数据行数）和“N叉树”的N。而N是由页大小和索引大小决定的。
基本是这个。不过不是“优化器”去取的，是执行器调用引擎，引擎内部才管理了你说的段、页这些数据

问题二：

有些资料提到，在不影响排序结果的情况下，在取出主键后，回表之前，会在对所有获取到的主键排序，请问是否存在这种情况？
索引下推那个例子，感觉5.6之前的机制很匪夷所思：感觉判断’张%'之后再“看age的值”是顺理成章的事。难道联合索引的底层实现结构在这期间发生了变化？

参考答案

有的， Multi-Range Read (MRR) 由于不论是否使用这个策略，SQL语句写法不变，就没有在正文中提
不是，是接口能力发生了变化，以前只能传“搜索关键字” 。
如果你用过5.1 甚至5.0，在从现在的观点看，你会发现很多“匪夷所思”。还有：并行复制官方5.6才引入、MDL 5.5 才有、Innodb 自增主键持久化、多源复制、online DDL …

问题三：
有这么个问题
一张表两个字段id, uname,id主键，uname普通索引
SELECT * FROM test_like WHERE uname LIKE ‘j’/ ‘j%’ / ‘%j’/ ‘%j%’
模糊查询like后面四种写法都可以用到uname的普通索引

添加一个age字段
like后面的’%j’/ ‘%j%’ 这两种情况用不到索引
把select * 改为 select id / select uname / select id,uname
like后面’j’/ ‘j%’ / ‘%j’/ ‘%j%’ 这四种情况又都可以用到uname普通索引

建立uname,age的联合索引
模糊查询还是 LIKE ‘j’/ ‘j%’ / ‘%j’/ '%j%'四种情况
其中select id / select uname / select id,uname
会用到uname的普通索引
select * 会用到uname,age的组合索引

这个是关于“用索引” 和 “用索引快速定位记录”的区别。

简单回答：“用索引”有一种用法是 “顺序扫描索引” 后续会有博客解释这道题

上篇博客问题解答

表记录
–a–|–b–|–c–|–d–
1 2 3 d
1 3 2 d
1 4 3 d
2 1 3 d
2 2 2 d
2 3 4 d

主键 a，b 的聚簇索引组织顺序相当于 order by a,b ，也就是先按 a 排序，再按 b 排序，c 无序。

索引 ca 的组织是先按 c 排序，再按 a 排序，同时记录主键

–c–|–a–|–主键部分b-- （注意，这里不是 ab，而是只有 b）
2 1 3
2 2 2
3 1 2
3 1 4
3 2 1
4 2 3

这个跟索引 c 的数据是一模一样的。

索引 cb 的组织是先按 c 排序，在按 b 排序，同时记录主键
–c–|–b–|–主键部分a-- （同上）

2 2 2
2 3 1
3 1 2
3 2 1
3 4 1
4 3 2
所以，结论是 ca 可以去掉，cb 需要保留。

数据库中的锁

数据库锁设计的初衷是处理并发问题。作为多用户共享的资源，当出现并发访问的时候，数据库需要合理地控制资源的访问规则。而锁就是用来实现这些访问规则的重要数据结构。

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。今天这篇博客，我会和你分享全局锁和表级锁。而关于行锁的内容，我会在以后的博客介绍，这篇博客主要介绍的是碰到锁时的现象和其背后的原理。

全局锁

顾名思义，全局锁就是对整个数据库实例加锁。MySQL 提供了一个加全局读锁的方法，命令是 Flush tables with read lock (FTWRL)。当你需要让整个库处于只读状态的时候，可以使用这个命令，之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（包括建表、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。也就是把整库每个表都 select 出来存成文本。

以前有一种做法，是通过 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。注意，在备份过程中整个库完全处于只读状态。

但是让整库都只读，听上去就很危险：

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；
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。但是细想一下，备份为什么要加锁呢？我们来看一下不加锁会有什么问题。

假设你现在要维护“CSDN”的购买系统，关注的是用户账户余额表和用户课程表。
现在发起一个逻辑备份。假设备份期间，有一个用户，他购买了一门课程，业务逻辑里就要扣掉他的余额，然后往已购课程里面加上一门课。

如果时间顺序上是先备份账户余额表 (u_account)，然后用户购买，然后备份用户课程表 (u_course)，会怎么样呢？你可以看一下这个图：

可以看到，这个备份结果里，用户 A 的数据状态是“账户余额没扣，但是用户课程表里面已经多了一门课”。如果后面用这个备份来恢复数据的话，用户 A 就发现，自己赚了。

作为用户可别觉得这样可真好啊，你可以试想一下：如果备份表的顺序反过来，先备份用户课程表再备份账户余额表，又可能会出现什么结果？当然是你的钱没了

也就是说，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。

说到视图你肯定想起来了，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是 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，这个过程中数据是可以正常更新的。

你一定在疑惑，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。比如，对于 MyISAM 这种不支持事务的引擎，如果备份过程中有更新，总是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。这往往是 DBA 要求业务开发人员使用 InnoDB 替代 MyISAM 的原因之一。

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，但我还是会建议你用 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。如果执行 FTWRL 命令之后由于客户端发生异常断开，那么 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，如果客户端发生异常，则数据库就会一直保持readonly 状态，这样会导致整个库长时间处于不可写状态，风险较高。

业务的更新不只是增删改数据（DML)，还有可能是加字段等修改表结构的操作（DDL）。不论是哪种方法，一个库被全局锁上以后，你要对里面任何一个表做加字段操作，都是会被锁住的。

但是，即使没有被全局锁住，加字段也不是就能一帆风顺的，因为你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。**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。

举个例子, 如果在某个线程 A 中执行 lock tables t1 read, t2 write; 这个语句，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。连写 t1 都不允许，自然也不能访问其他表。

在还没有出现更细粒度的锁的时候，表锁是最常用的处理并发的方式。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 不需要显式使用，在访问一个表的时候会被自动加上。MDL 的作用是，保证读写的正确性。你可以想象一下，如果一个查询正在遍历一个表中的数据，而执行期间另一个线程对这个表结构做变更，删了一列，那么查询线程拿到的结果跟表结构对不上，肯定是不行的。

因此，在 MySQL 5.5 版本中引入了 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。

读锁之间不互斥，因此你可以有多个线程同时对一张表增删改查。
读写锁之间、写锁之间是互斥的，用来保证变更表结构操作的安全性。因此，如果有两个线程要同时给一个表加字段，其中一个要等另一个执行完才能开始执行。

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，这里有一个大坑：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。在对大表操作的时候，你肯定会特别小心，以免对线上服务造成影响。而实际上，即使是小表，操作不慎也会出问题。我们来看一下下面的操作序列，假设表 t 是一个小表。

我们可以看到 session A 先启动，这时候会对表 t 加一个 MDL 读锁。由于 session B 需要的也是 MDL 读锁，因此可以正常执行。

之后 session C 会被 blocked，是因为 session A 的 MDL 读锁还没有释放，而 session C 需要 MDL 写锁，因此只能被阻塞。

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。

如果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 再请求的话，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。

MariaDB 已经合并了 AliSQL 的这个功能，所以这两个开源分支目前都支持 DDL NOWAIT/WAIT n 这个语法。

ALTER TABLE tbl_name NOWAIT add column ...
ALTER TABLE tbl_name WAIT N add column ...

小结

全局锁主要用在逻辑备份过程中。对于全部是 InnoDB 引擎的库，建议选择使用–single-transaction参数，对应用会更友好。
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：

MDL 会直到事务提交才释放，在做表结构变更的时候，你一定要小心不要导致锁住线上查询和更新。

思考题

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，如果主库上的一个小表做了一个 DDL，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？