1. 背景與動(dòng)機(jī)：為什么需要自增鎖？

在 MySQL 中，自增列（AUTO_INCREMENT）通常用于生成表的主鍵或唯一標(biāo)識(shí)符，每次插入新行時(shí)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)遞增的整數(shù)值。自增列的生成過(guò)程必須保證多個(gè)事務(wù)并發(fā)插入時(shí)，生成的值不會(huì)沖突，因此涉及到并發(fā)控制。

為了確保自增值的生成是線程安全的，InnoDB 存儲(chǔ)引擎使用了 自增鎖（Auto-Increment Lock） 來(lái)保護(hù)自增值的生成過(guò)程。這種鎖機(jī)制用于防止多個(gè)事務(wù)同時(shí)生成相同的自增值，同時(shí)需要在高并發(fā)情況下保持高性能。

2. 自增鎖的分類

自增鎖在 MySQL 中的實(shí)現(xiàn)分為兩種模式：

• 表級(jí)鎖（Table-Level Locking）：傳統(tǒng)的自增鎖模式，整個(gè)表在生成自增值時(shí)加鎖，直到插入操作完成。
• 輕量級(jí)的互斥鎖（Mutex）：為了優(yōu)化并發(fā)性能，InnoDB 后續(xù)引入了更高效的方式，通過(guò)輕量級(jí)的互斥鎖控制自增值的生成，而不必鎖定整個(gè)表。

MySQL 中自增鎖的策略可以通過(guò)以下系統(tǒng)變量配置：

• innodb_autoinc_lock_mode：控制自增鎖的模式，有三種值：

  0（傳統(tǒng)模式）：使用表級(jí)鎖，確保每次插入一個(gè)自增值。

  1（連續(xù)模式）：通過(guò)互斥鎖生成自增值，插入操作可以并發(fā)執(zhí)行。

  2（無(wú)鎖模式）：允許批量插入時(shí)預(yù)先分配自增值，不使用鎖。

3. 自增鎖的工作機(jī)制

MySQL 中自增鎖的核心目標(biāo)是確保自增列在并發(fā)插入時(shí)的唯一性和連續(xù)性。以下是自增鎖的具體機(jī)制：

• 單行插入：對(duì)于單條插入操作，自增鎖確保每個(gè)事務(wù)獲取唯一的自增值。根據(jù)鎖模式，自增值可能會(huì)被鎖定直到插入完成（在傳統(tǒng)模式下）。
• 批量插入：對(duì)于批量插入（如 INSERT INTO ... SELECT 或 LOAD DATA），InnoDB 會(huì)分配一批自增值，并保證事務(wù)插入的行使用連續(xù)的自增值范圍。

自增鎖的具體實(shí)現(xiàn)根據(jù) innodb_autoinc_lock_mode 的設(shè)置而變化：

• 傳統(tǒng)模式 (innodb_autoinc_lock_mode = 0)：

  • 生成自增值時(shí)使用表級(jí)鎖，保證每個(gè)插入操作依次獲得自增值，且在并發(fā)場(chǎng)景下避免了任何沖突。
  • 插入過(guò)程中，表上的其他自增操作會(huì)被阻塞，直到當(dāng)前事務(wù)完成。

• 連續(xù)模式 (innodb_autoinc_lock_mode = 1)：

  • InnoDB 使用輕量級(jí)的互斥鎖控制自增值生成，只鎖定自增值生成的操作，不鎖定整個(gè)表。插入操作可以并發(fā)執(zhí)行，因此相比傳統(tǒng)模式有更高的性能。
  • 生成自增值后，互斥鎖立即釋放，允許其他事務(wù)并發(fā)執(zhí)行插入。

• 無(wú)鎖模式 (innodb_autoinc_lock_mode = 2)：

  • 允許批量插入操作預(yù)先分配自增值，而不使用鎖機(jī)制。每個(gè)事務(wù)在開(kāi)始插入時(shí)獲得一組連續(xù)的自增值，即使事務(wù)中途回滾或失敗，這些自增值也不會(huì)回退。
  • 該模式在并發(fā)批量插入時(shí)具有最佳性能，但可能會(huì)導(dǎo)致自增值不連續(xù)。

4. 自增鎖的底層原理與 InnoDB 的實(shí)現(xiàn)

自增鎖的實(shí)現(xiàn)依賴于 InnoDB 存儲(chǔ)引擎的鎖管理模塊以及內(nèi)部的互斥鎖機(jī)制。接下來(lái)我們從源代碼的角度，剖析 MySQL 如何生成自增值并確保線程安全。

4.1 自增值的生成過(guò)程

自增值的生成主要通過(guò) row_ins_set_autoinc_fields() 函數(shù)完成，該函數(shù)會(huì)根據(jù)當(dāng)前表的狀態(tài)和插入模式，決定如何分配自增值。在傳統(tǒng)模式下，它需要加鎖，以保證只有一個(gè)事務(wù)能夠獲取下一個(gè)自增值。

void row_ins_set_autoinc_fields(
    row_prebuilt_t* prebuilt,  // 表結(jié)構(gòu)
    trx_t* trx                // 當(dāng)前事務(wù)
) {
    // 檢查自增字段
    if (table->autoinc_field) {
        // 生成自增值的邏輯
        // 如果需要鎖，則加鎖
        mutex_enter(&dict_table_autoinc_mutex);
        
        // 獲取并更新自增值
        table->autoinc_field->value++;
        
        // 釋放互斥鎖
        mutex_exit(&dict_table_autoinc_mutex);
    }
}

在上面的代碼中，mutex_enter() 和 mutex_exit() 是用來(lái)控制自增值生成的互斥鎖。在高并發(fā)場(chǎng)景下，輕量級(jí)的互斥鎖能夠比表級(jí)鎖更好地優(yōu)化性能。

4.2 自增鎖的表級(jí)鎖實(shí)現(xiàn)

當(dāng) innodb_autoinc_lock_mode = 0（傳統(tǒng)模式）時(shí)，InnoDB 使用表級(jí)鎖來(lái)保護(hù)自增值的生成。lock_table() 函數(shù)會(huì)對(duì)整個(gè)表加鎖，確保只有一個(gè)事務(wù)能夠執(zhí)行插入操作：

void lock_table(
    dict_table_t* table,   // 表結(jié)構(gòu)
    ulint lock_mode,       // 鎖類型
    trx_t* trx             // 當(dāng)前事務(wù)
) {
    // 傳統(tǒng)模式下，給表加 AUTO-INC 鎖
    if (lock_mode == LOCK_AUTO_INC) {
        // 加鎖邏輯
        lock_rec_lock_table();
    }
}

在表級(jí)鎖的保護(hù)下，InnoDB 確保每次插入都嚴(yán)格按照順序生成自增值，避免沖突。但這種方式也會(huì)導(dǎo)致并發(fā)性能下降，因?yàn)樵诒礞i釋放之前，其他事務(wù)必須等待。

4.3 輕量級(jí)互斥鎖的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于 innodb_autoinc_lock_mode = 1 和 innodb_autoinc_lock_mode = 2，InnoDB 主要使用互斥鎖保護(hù)自增值生成?；コ怄i的開(kāi)銷比表級(jí)鎖小得多，插入操作只在生成自增值時(shí)加鎖，隨后立即釋放鎖，允許其他事務(wù)并發(fā)執(zhí)行。

互斥鎖由 InnoDB 的內(nèi)部鎖管理模塊控制，相關(guān)代碼在 trx0trx.cc 文件中：

void mutex_enter(mutex_t* mutex) {
    // 互斥鎖進(jìn)入
    os_mutex_enter(mutex);
}

void mutex_exit(mutex_t* mutex) {
    // 互斥鎖退出
    os_mutex_exit(mutex);
}

當(dāng)事務(wù)請(qǐng)求自增值時(shí)，InnoDB 僅在自增值生成過(guò)程中加鎖，并在生成完畢后立刻釋放鎖。這種方式顯著提升了并發(fā)性能，因?yàn)榇蠖鄶?shù)事務(wù)不會(huì)被阻塞。

4.4 自增值的緩存與分配

為了進(jìn)一步提升性能，InnoDB 還會(huì)將自增值保存在緩存中，避免每次插入都訪問(wèn)磁盤(pán)。例如，當(dāng)批量插入時(shí)，InnoDB 可以一次性分配一批自增值，然后逐步使用。相關(guān)邏輯由 row_ins_get_autoinc() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)：

void row_ins_get_autoinc(
    dict_table_t* table,
    ulint num_rows,       // 插入的行數(shù)
    trx_t* trx            // 當(dāng)前事務(wù)
) {
    // 獲取緩存的自增值
    autoinc_val = table->autoinc_field->value;
    
    // 為批量插入分配自增值
    for (i = 0; i < num_rows; i++) {
        autoinc_val++;
        // 更新表的自增值
        table->autoinc_field->value = autoinc_val;
    }
}

這種緩存機(jī)制使得批量插入操作能夠獲得一組連續(xù)的自增值，并在高并發(fā)情況下進(jìn)一步提升性能。

5. 自增鎖在事務(wù)隔離級(jí)別中的表現(xiàn)

自增鎖在不同事務(wù)隔離級(jí)別下有不同表現(xiàn)：

• 在 可重復(fù)讀（REPEATABLE READ） 隔離級(jí)別下，自增值在事務(wù)提交前不會(huì)影響其他事務(wù)，因此即使事務(wù)回滾，自增值也不會(huì)回退。
• 在 讀提交（READ COMMITTED） 隔離級(jí)別下，每個(gè)事務(wù)都可以看到最新的自增值，因此自增值始終是遞增的。

此外，無(wú)論在什么隔離級(jí)別下，自增值一旦分配給某個(gè)事務(wù)，即使該事務(wù)回滾，自增值也不會(huì)被重新分配。這是為了避免不同事務(wù)在回滾后獲取相同的自增值。

總結(jié)：

• 自增鎖的主要目的是確保自增值在并發(fā)插入時(shí)唯一且遞增。
• 三種自增鎖模式：傳統(tǒng)模式（表級(jí)鎖）、連續(xù)模式（輕量級(jí)互斥鎖）和無(wú)鎖模式（批量分配自增值），每種模式適用于不同的并發(fā)場(chǎng)景。
• 互斥鎖和表級(jí)鎖的機(jī)制在源碼中通過(guò) mutex_enter() 和 lock_table() 等函數(shù)實(shí)現(xiàn)，自增值的生成由 row_ins_set_autoinc_fields() 控制。
• 批量插入和緩存機(jī)制提高了自增值生成的效率，特別是在高并發(fā)的場(chǎng)景下，通過(guò)提前分配自增值提升性能。

自增鎖的靈活機(jī)制使 MySQL 在處理大規(guī)模并發(fā)插入時(shí)，既能保持自增值的唯一性，又能通過(guò)不同的鎖策略在性能和一致性之間取得平衡。

到此這篇關(guān)于MySQL自增鎖(Auto-Increment Lock) 的原理使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)MySQL 自增鎖內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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