深入研究MySQL的自增锁

2.5 自增锁

MySQL的自增锁是指在使用自增主键（Auto Increment）时，为了保证唯一性和正确性，系统会对自增字段进行加锁。这样可以确保同时插入多条记录时，每条记录都能够获得唯一的自增值。

2.5.1 表的插入数据方式

我们之前在表中插入数据都是用最基本的insert，但insert语句的用法用很多，另外MySQL还提供replace语句，允许对表中的数据进行替换；

• insert用法：

drop table if exists t3;
CREATE TABLE `t3`  (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `age` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT=1;
insert into t3 values(1,20);
insert into t3 values(2,25);
drop table if exists t4;
CREATE TABLE `t4`  (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `age` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT=1;
-- 插入记录,如果存在这条记录就报错(主键唯一)
insert into t4 values(10,20);
insert into t4 values(11,20),(12,21),(13,22);
insert into t4 set id=14,age=25;
insert into t4 select * from t3;

• replace用法：

delete from t4;
-- 如果没有这条记录就新增,有这条记录就修改
replace into t4 values(1,20);  
replace into t4 set id=10,age=100 ;
replace into t4 select * from t3;

2.5.1 insert的不同类型

1）Simple inserts

简单插入模式

• 示例：

insert into table_name values(xxx);

• 特点：可以提前确定要插入的行数

2）Bulk inserts

批量插入模式，包含insert...select、replace select、load data等语句；

• 示例：

insert into t4 select * from t3;
replace into t4 select * from t3;

Tips：load data属于海量数据插入，暂时不演示

• 特点：事先不知道要插入的行数，以及所需的自动增量值的数量

3）Mixed-mode

该模式也属于Simple Inserts

• 示例：

insert into table_name values(xxxx),(xxxx),(xxxx);

• 特点：为一些(但不是全部)新行指定自动增量值

2.5.2 自增锁原理

1）插入原理

MySQL自增锁的实现机制是使用了一个名为"auto-increment lock"的互斥锁。当使用INSERT语句插入一条新记录时，MySQL会自动为自增字段加锁，防止其他并发的插入操作同时获取相同的自增值。这个锁是在内部实现的，不需要用户手动创建或管理。

自增锁确保了插入记录的唯一性和正确性，避免了并发插入产生冲突。但同时也会带来一些性能上的影响，因为并发插入操作需要等待锁的释放。因此，在高并发的场景下，可能需要考虑使用其他方案来避免自增锁成为瓶颈。

注意：自增锁跟事务无关，即使多个insert语句存在同一个事务中，每次insert都会申请最新的自增锁来获取最新的AUTO_INCREMENT值；自增锁保持到insert语句结束，而不是事务结束；

2）自增锁表锁

需要注意的是，自增锁是基于表级别的，而不是行级别的。这意味着在同一时刻针对于同一张表只能有一个线程在插入记录（前提是需要increment来分配id），并且每个表都有一个自己独立的自增锁。

2.5.3 自增锁的模式

和自增锁相关的一个参数为（5.1.22版本之后加入）innodb_autoinc_lock_mode：可以设定3个值，0，1，2

show variables like 'innodb_autoinc_lock_mode';

• 0：traditional（传统模式）：每次insert都会产生表级别的自增锁，能够绝对保证insert的插入顺序，但并发能力较弱；
• 1：consecutive（连续模式）：对于Simple Inserts能够产生一个轻量级的页面锁来保证insert的连续插入；对于Bulk Inserts无法确定插入的行数时采用表级别自增锁来保证insert的连续插入；
• 2：interleaved（交叉模式）：不采用表锁，来一个insert处理一个，并发能力最高，但可能会造成insert分配的id顺序不一致；

Tips：参数只控制InnoDB引擎的设置，所有MyISAM均为traditional ，每次均会进行表锁。只有Innodb会视参数不同而产生不通的锁。

1）traditional（传统模式）

在传统模式下，不管是在执行Simple inserts还是Bulk inserts时每个insert获取自增锁时都会触发表锁，在某个insert没有释放表锁之前其他线程/进程均不可获取自增锁；虽然传统模式保证了多个insert插入的连续性但实际上并发插入属于串行化，性能较低；

Tips：再次说明，自增锁是执行insert时获取auto_increment值时才会申请，获取到auto_increment值时就会立即释放，跟事务无关；

2）consecutive（连续模式）

在连续模式下，InnoDB会根据当前执行的insert语句来判断是否使用表级别自增锁。这也是InnoDB的默认值；

• Simple inserts：InnoDB能够预先知道要插入的行数，因此产生的自增锁只会锁住对应的那些id（页锁），避免表级别的自增锁
• Bulk Inserts：InnoDB无法预知要插入的行，触发表级别自增锁

【Simple Inserts】

【Bulk Inserts】

3）interleaved（交叉模式）

在交叉模式下，所有的insert语句都不会使用自增锁（悲观锁），而是采用一个轻量级的mutex（乐观锁），来一个insert立即处理，在生成insert语句完毕后检查id是否被其他线程/进程使用，如果已经被使用则重新获取id；这样一来，多条 INSERT 语句可以并发的执行，因此交叉模式并发量最高，但对于同一个语句来说它所得到的auto_increment值可能不是连续的。

• 交叉模式示意图：

【模拟交叉模式并发插入情况】

步骤①：Thread-01线程执行insert获取到auto_increment值为10

步骤②：与此同时Thread-02线程也获取到10

步骤③：然后又回到Thread-01线程对auto_increment值+1，此时auto_increment为11

步骤④：然后Thread-02线程也对auto_increment+1，此时auto_increment为12

步骤⑤：Thread-01线程校验id值是否被其他线程使用过，校验结果：未被其他线程使用过，执行插入

步骤⑥：Thread-01线程校验id值是否被其他线程使用过，校验结果：已经被其他线程使用过，本次操作取消；

最终Thread-01线程先将auto_increment值写入插入字段中，Thread-02线程将auto_increment写入字段中发现该字段已经被其他线程使用过，因此本次操作取消；但auto_increment值已经变为12；下一次执行insert的线程获取auto_increment值将会获取到12，auto_increment为11这一次就这样跳过了；

【交叉模式的注意事项】

由于交叉模式所带来的id不连续问题，在搭建有MySQL主从复制的架构并且binlog日志格式为SBR时会出现主从数据不一致问题；

原因：当Master接收高并发量的insert语句时会将insert语句记录到binlog日志中，这些binlog日志被发送到Slave时Slave将会并发执行这些SQL语句，很有可能导致Slave执行这些语句的顺序和当初Master执行的顺序一致，导致主从分配的id不一致，因此在MySQL主从复制时从服务器应禁止使用交叉模式；

2.5.4 自增步长控制

一般我们在创建表的时候id起始值为1，通过AUTO_INCREMENT可以设置其值；

drop table if exists t3;
CREATE TABLE `t3`  (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `age` int(11) NULL DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT=1;
-- 在创建表后也可以通过SQL语句修改auto_increment
alter table t3 auto_increment=20;

自增幅度由以下两个参数进行控制：

-- 自增的步长
set auto_increment_increment=2;     -- 默认1

可以通过函数获取最后一个插入的id：

select last_insert_id();

【测试】

最终session-02插入的那条记录id为2；