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MySQL锁机制与SQL优化详解
一、MySQL锁机制：并发控制的"交通规则"
看这篇文章之前请先务必了解 MySQL索引与事务
1.1 为什么需要锁？
想象一下十字路口没有红绿灯会怎样？车辆乱行导致事故。数据库中的锁就像红绿灯，控制并发操作的顺序，防止数据不一致。例如：
- 两个用户同时给同一商品下单扣库存，可能导致超卖
- 一个用户读取数据时，另一个用户删除了该数据，导致读到不存在的数据
1.2 锁的分类：从"锁范围"看锁类型
表锁 vs 行锁 vs 间隙锁
| 锁类型 | 锁定范围 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 表锁 | 整个表 | 实现简单，开销小 | 并发低，一锁全表堵 | MyISAM引擎、DDL操作 |
| 行锁 | 单行数据 | 并发高，只锁必要行 | 实现复杂，开销大 | InnoDB引擎、写频繁场景 |
| 间隙锁 | 索引范围间隙 | 防止幻读 | 可能导致死锁 | InnoDB可重复读隔离级别 |
表锁案例（MyISAM）
-- 会话1：获取表读锁
LOCK TABLES products READ;
SELECT * FROM products WHERE id=1; -- 成功
UPDATE products SET name='new' WHERE id=1; -- 失败（读锁不能写）-- 会话2：尝试写操作
UPDATE products SET name='new' WHERE id=1; -- 阻塞，直到会话1释放锁
行锁案例（InnoDB）
-- 会话1：锁定id=1的行
START TRANSACTION;
SELECT * FROM products WHERE id=1 FOR UPDATE; -- 获取行排他锁-- 会话2：操作不同行（不阻塞）
UPDATE products SET name='new' WHERE id=2; -- 成功-- 会话2：操作同一行（阻塞）
UPDATE products SET name='new' WHERE id=1; -- 阻塞，直到会话1提交
1.3 锁的兼容性：哪些锁可以共存？
InnoDB定义了多种锁类型，核心是共享锁（S锁）和排他锁（X锁）：
- 共享锁（S锁）：读操作时获取，多个S锁可共存
- 排他锁（X锁）：写操作时获取，与任何锁不共存
兼容性规则：
- S锁之间兼容：多个事务可同时读同一行
- S锁与X锁互斥：读时不能写，写时不能读
- X锁之间互斥：两个事务不能同时写同一行
1.4 死锁：如何避免"互相堵车"？
死锁产生示例
-- 会话1
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance=balance-100 WHERE id=1; -- 锁定id=1-- 会话2
START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance=balance-100 WHERE id=2; -- 锁定id=2-- 会话1尝试锁定id=2
UPDATE accounts SET balance=balance+100 WHERE id=2; -- 等待会话2释放id=2-- 会话2尝试锁定id=1
UPDATE accounts SET balance=balance+100 WHERE id=1; -- 死锁！两个会话互相等待
死锁避免方法
- 固定加锁顺序：所有事务按相同顺序锁定资源
- 控制事务大小：减少锁定资源数量和时间
- 使用低隔离级别：如读已提交可减少锁竞争
- 设置超时时间：
innodb_lock_wait_timeout=5（默认50秒）
1.5 间隙锁：防止"插队"的范围锁
当执行范围查询时，InnoDB会锁定整个范围的间隙，防止其他事务插入数据：
-- 表中现有id=5,10的记录
START TRANSACTION;
SELECT * FROM users WHERE id BETWEEN 5 AND 10 FOR UPDATE;
-- 锁定(5,10)间隙，以下操作会阻塞：
INSERT INTO users(id) VALUES(7); -- 阻塞
INSERT INTO users(id) VALUES(6); -- 阻塞
间隙锁的作用：在可重复读隔离级别下防止幻读，但可能增加锁冲突。
二、SQL优化：从"龟速"到"火箭"的蜕变
2.1 优化第一步：定位慢查询
开启慢查询日志
-- 临时开启
SET GLOBAL slow_query_log = ON;
SET GLOBAL slow_query_log_file = '/var/log/mysql/slow.log';
SET GLOBAL long_query_time = 1; -- 记录执行时间>1秒的SQL-- 永久开启（my.cnf）
[mysqld]
slow_query_log=1
slow_query_log_file=/var/log/mysql/slow.log
long_query_time=1
分析慢查询日志
# 使用mysqldumpslow工具
mysqldumpslow -s t -t 10 /var/log/mysql/slow.log
# -s t：按时间排序
# -t 10：显示前10条
2.2 优化核心：读懂EXPLAIN执行计划
EXPLAIN是SQL优化的"CT扫描仪"，能显示MySQL如何执行查询：
EXPLAIN SELECT * FROM orders
WHERE user_id=1 AND create_time>'2023-01-01';
EXPLAIN关键字段详解
| 字段 | 含义 | 重要取值 |
|---|---|---|
| type | 访问类型 | ALL（全表扫描）→ ref（索引查找）→ range（范围扫描）→ const（常量查找） |
| key | 使用的索引 | NULL（未使用索引）→ 索引名（使用的索引） |
| rows | 预估扫描行数 | 数值越小越好 |
| Extra | 额外信息 | Using index（覆盖索引）、Using filesort（文件排序）、Using temporary（临时表） |
优化案例：从全表扫描到索引优化
慢SQL：
SELECT * FROM orders WHERE user_id=1; -- type=ALL（全表扫描）
优化步骤：
- 建索引：
CREATE INDEX idx_user_id ON orders(user_id); - 再次EXPLAIN：type=ref，key=idx_user_id，rows大幅减少
2.3 索引优化：打造"快速通道"
索引设计三原则
-
最左前缀原则：复合索引(a,b,c)仅支持a、a+b、a+b+c的查询顺序
-- 有效 SELECT * FROM users WHERE a=1 AND b=2; -- 无效（跳过a） SELECT * FROM users WHERE b=2 AND c=3; -
避免索引失效：
- 不在索引列使用函数：
WHERE SUBSTR(name,1,3)='abc'→ 失效 - 避免隐式转换：
WHERE phone=13800138000（phone是字符串）→ 失效 - 不用%开头的LIKE：
WHERE name LIKE '%mysql'→ 失效
- 不在索引列使用函数：
-
选择合适的索引类型：
- 频繁更新字段：用普通索引
- 唯一值字段：用唯一索引
- 文本搜索：用全文索引（FULLTEXT）
索引优化流程图
1. 分析慢查询日志 → 找到耗时SQL
2. 使用EXPLAIN分析执行计划
3. 检查type是否为ALL/range
4. 检查key是否为NULL（未用索引）
5. 检查Extra是否有Using filesort/Using temporary
6. 根据问题创建/调整索引
7. 重新执行EXPLAIN验证优化效果
2.4 SQL改写技巧：让查询"变聪明"
1. 避免SELECT *，只查需要的字段
-- 优化前
SELECT * FROM users WHERE id=1;
-- 优化后（使用覆盖索引）
SELECT id,name FROM users WHERE id=1;
2. 用UNION替代OR（针对非索引列）
-- 优化前（可能全表扫描）
SELECT * FROM users WHERE age=25 OR address='北京';
-- 优化后（分别使用索引）
SELECT * FROM users WHERE age=25
UNION
SELECT * FROM users WHERE address='北京';
3. 批量操作替代循环单条操作
-- 优化前（100次IO）
FOR i IN 1..100 LOOPINSERT INTO logs VALUES(i, 'log');
END LOOP;
-- 优化后（1次IO）
INSERT INTO logs VALUES(1,'log'),(2,'log'),...,(100,'log');
2.5 案例：从3秒到30毫秒的优化实战
原始SQL（执行3秒）：
SELECT o.id, o.order_no, u.name
FROM orders o
LEFT JOIN users u ON o.user_id=u.id
WHERE o.create_time>'2023-01-01' AND o.status=1;
优化步骤：
-
查看执行计划：
- type=ALL（orders表全表扫描）
- Extra=Using filesort（排序耗时）
-
创建复合索引：
CREATE INDEX idx_create_status ON orders(create_time, status); -
优化JOIN和排序：
SELECT o.id, o.order_no, u.name FROM orders o LEFT JOIN users u ON o.user_id=u.id WHERE o.create_time>'2023-01-01' AND o.status=1 ORDER BY o.create_time DESC; -- 利用索引排序，避免filesort -
优化后效果：执行时间从3秒降至30毫秒，提升100倍！
三、总结：锁与优化的核心原则
锁机制核心要点
- 最小锁范围：能用行锁不用表锁，能用间隙锁不用全表锁
- 避免死锁：固定加锁顺序，控制事务大小
- 隔离级别选择：读已提交（高并发）vs 可重复读（强一致）
SQL优化核心要点
- 索引是王道：为查询条件、排序、JOIN字段建索引
- 读懂EXPLAIN：关注type、key、rows、Extra字段
- 减少IO操作：批量操作、覆盖索引、避免全表扫描
掌握锁机制让你避免并发问题，精通SQL优化让查询飞起来。两者结合，才能打造高性能的MySQL应用！