如何在數據庫中高效實現訂座功能？

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本文由騰訊數據庫技術 發表於雲+社區專欄

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第一部分：SKIP LOCKED/NOWAIT訂座功能實現

訂座在現實生活中是一種很常見的場景，比較常見的有火車票席位選擇，電影院席位選擇等等。那麼如何實現訂座功能呢？應用程序可能有不少種不一樣的實現方式，固然，確定離不開數據庫。這裏將介紹一種純數據庫的實現方式。

設想咱們有一張座位表以下：

CREATE TABLE seats (
  seat_no INT PRIMARY KEY,
  booked ENUM('YES', 'NO') DEFAULT 'NO') ENGINE=InnoDB;

表中有100個席位，從0到99。例如咱們要預約席位2，3，咱們能夠先開啓事務，鎖定席位：

START TRANSACTION;SELECT * FROM seats WHERE seat_no IN (2,3) AND booked = 'NO' FOR UPDATE;

SELECT… FOR UPDATE語句返回結果有以下三種狀況：

• 1.返回成功，而且結果集包含2和3，那麼說明鎖定成功。咱們能夠之行下一步操做，等待支付完成，並更新席位狀態並提交事務，訂座完成。 UPDATE seats SET booked = 'YES' WHERE seat_no IN (2,3) COMMIT;
• 2.返回成功，但結果集爲空，或者只包含2或者3，那麼說明鎖定失敗。
• 3.很長時間不返回直到返回超時。好比席位2或者3已經被另外一事務鎖定，而且在等待支付完成或者發生其餘狀況，致使該事務一直未提交(commit)或者回滾(rollback)。返回超時默認須要等待50秒，咱們能夠經過修改innodb_lock_wait_timeout參數來配置合理的等待時間。超時以後返回的錯誤以下： ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

狀況3對用戶來講，意味着卡死，徹底不能接受。爲何會發生等待？在InnoDB的鎖系統(lock system)中，席位2若是被一個事務上了X（寫鎖）鎖或者IX鎖(意向更新鎖)，那麼下一個事務要對席位2上X鎖或者IX鎖的事務，就要等待。這是由事務自己的特性(ACID)決定的。

那麼是否有一種方法避免等待以及後續可能發生的超時呢？MySQL 8.0 提供的新功能SKIP LOCKED/NOWAIT就能夠。 SKIP LOCKED的意思是跳過那些已經被其餘事務鎖定了的席位。使用以下SKIP LOCKED語句進行席位鎖定，那麼返回的結果集可能爲空，2或3，2和3。當結果集不爲空時，返回的席位即被鎖定成功。

SELECT * FROM seats WHERE seat_no IN (2,3) AND booked = 'NO'FOR UPDATE SKIP LOCKED;

NOWAIT的意思是若是碰到被其餘事務鎖定的席位，不等待並直接返回錯誤。使用以下NOWAIT語句進行席位鎖定，那麼返回結果集2和3，要麼返回錯誤。

SELECT * FROM seats WHERE seat_no IN (2,3) AND booked = 'NO'FOR UPDATE NOWAIT;

若是返回錯誤，以下：

ERROR 3572 (HY000): Do not wait for lock.

若是成功鎖定兩個席位，經過以下語句查詢鎖系統的狀態：

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     |
+-----------+-------------+-----------+-----------+-----------+-------------+

SKIP LOCKED還能夠很方便的用來進行隨機分配席位。例如咱們只須要鎖定兩個空的席位就能夠經過以下語句實現。

SELECT * FROM seats WHERE booked = 'NO' LIMIT 2 FOR UPDATE SKIP LOCKED;

SKIP LOCKED/NOWAIT功能只針對行鎖(record lock)，不包括表鎖(table lock)，元數據鎖(metadata lock/MDL)。所以，帶有SKIP LOCKED/NOWAIT的查詢語句依然可能會由於表鎖或元數據庫鎖而阻塞。元數據鎖是MySQL Server層用來保護數據庫對象的併發訪問的一致性而建立的，數據庫對象不只包括表，同時包括庫，函數，存儲過程，觸發器，事件等等。表和行鎖是InnoDB存儲引擎內部爲了保證事務的一致性而建立的不一樣粒度的鎖。

另外，SKIP LOCKED/NOWAIT還能夠配合FOR SHARE使用，而且能夠與單表綁定。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;

第二部分：SKIP LOCKED/NOWAIT在InnoDB中的代碼實現

在InnoDB中，實現SKIP LOCKED/NOWAIT具體實現以下：

• 1.增長新的查詢模式 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.在查詢開始前，設置查詢模式 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.上鎖函數中，若是記錄已被鎖定，針對對不一樣查詢模式進行相應處理： 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.查詢中對上鎖結果進行處理： row_search_mvcc(): case DB_SKIP_LOCKED: goto next_rec; 對DB_LOCK_NOWAIT的處理則是回滾當前語句（statement），見函數row_mysql_handle_errors（）。
• 5.二級索引(secondary index)的處理 在InnoDB中，對錶中記錄的鎖定分兩種狀況。第一種是查詢使用是彙集索引（cluster index），那麼直接對彙集索引的記錄上鎖；第二中是查詢使用的是二級索引，那麼首先對二級索引的記錄上鎖，而後根據二級索引的記錄，找到對應的彙集索引記錄進行上鎖。 因此，對於第一部分訂座的席位表中，若是存在二級索引，對於鎖定表中一條記錄而言，最終鎖定成功與否，仍是以鎖定彙集索引記錄爲準。

SKIP LOCKED/NOWAIT能夠很是高效地實現訂座這個場景，做爲InnoDB部分（WL#8919: InnoDB: Implement NOWAIT and SKIP LOCKED）的原做者，我也期待着你們來分享該功能更多的使用場景。

參考連接：

• 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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