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| /**
* InnoDB锁对象结构体
* 表示系统中的一个锁实例，包含锁的所有属性和状态信息
*
* 参考：《深入理解MySQL InnoDB锁机制》
* 设计理念：统一的锁对象表示，支持表锁和行锁
*/
struct lock_t {
// ========== 基础锁信息 ==========
/** 拥有此锁的事务指针 */
trx_t *trx;
/** 在事务锁链表中的节点 */
UT_LIST_NODE_T(lock_t) trx_locks;
/** 锁定的表对象 */
dict_table_t *table;
/** 锁定的索引对象（行锁时使用） */
dict_index_t *index;
// ========== 锁位置信息 ==========
union {
/** 表锁信息 */
struct {
/** 在表锁链表中的节点 */
UT_LIST_NODE_T(lock_t) locks;
} tab_lock;
/** 行锁信息 */
struct {
/** 表空间ID */
space_id_t space;
/** 页面编号 */
page_no_t page_no;
/** 位图大小（字节数） */
ulint n_bits;
/** 在页面锁链表中的节点 */
UT_LIST_NODE_T(lock_t) locks;
} rec_lock;
} un_member;
/** 锁类型和模式的组合（位掩码） */
uint32_t type_mode;
// 注意：行锁的位图紧跟在结构体后面
// byte bitmap[variable_size];
public:
/**
* 检查两个锁模式是否兼容
* 实现标准的数据库锁兼容性矩阵
* @param mode1 锁模式1
* @param mode2 锁模式2
* @return true表示兼容，false表示冲突
*/
static bool modes_compatible(ulint mode1, ulint mode2) {
// MySQL InnoDB锁兼容性矩阵
// 参考《数据库系统实现》第18章锁管理
static const bool compatibility_matrix[LOCK_NUM][LOCK_NUM] = {
// IS IX S X AUTO_INC
/* IS */ {true, true, true, false, true},
/* IX */ {true, true, false, false, true},
/* S */ {true, false, true, false, false},
/* X */ {false, false, false, false, false},
/* AI */ {true, true, false, false, false}
};
if (mode1 >= LOCK_NUM || mode2 >= LOCK_NUM) {
ut_error; // 无效的锁模式
return false;
}
return compatibility_matrix[mode1][mode2];
}
/**
* 检查两个行锁是否冲突
* 考虑间隙锁、记录锁等细节
* @param lock1 锁对象1
* @param lock2 锁对象2
* @return true表示冲突
*/
static bool rec_locks_conflict(const lock_t *lock1, const lock_t *lock2) {
ut_ad(lock1->is_record_lock() && lock2->is_record_lock());
// 1. 基本模式兼容性检查
if (modes_compatible(lock1->mode(), lock2->mode())) {
return false;
}
// 2. 检查锁的具体位置
if (lock1->un_member.rec_lock.space != lock2->un_member.rec_lock.space ||
lock1->un_member.rec_lock.page_no != lock2->un_member.rec_lock.page_no) {
return false; // 不在同一页面，不冲突
}
// 3. 检查位图重叠
return bitmap_overlaps(lock1, lock2);
}
/**
* 检查是否为记录锁
*/
bool is_record_lock() const {
return (type_mode & LOCK_TYPE_MASK) == LOCK_REC;
}
/**
* 检查是否为表锁
*/
bool is_table_lock() const {
return (type_mode & LOCK_TYPE_MASK) == LOCK_TABLE;
}
/**
* 检查是否为等待锁
*/
bool is_waiting() const {
return (type_mode & LOCK_WAIT) != 0;
}
/**
* 检查是否为间隙锁
*/
bool is_gap_lock() const {
return (type_mode & LOCK_GAP) != 0;
}
/**
* 检查是否为记录锁（非间隙）
*/
bool is_record_not_gap() const {
return (type_mode & LOCK_REC_NOT_GAP) != 0;
}
/**
* 检查是否为插入意向锁
*/
bool is_insert_intention() const {
return (type_mode & LOCK_INSERT_INTENTION) != 0;
}
/**
* 获取锁模式
*/
ulint mode() const {
return type_mode & LOCK_MODE_MASK;
}
/**
* 获取锁类型
*/
ulint type() const {
return type_mode & LOCK_TYPE_MASK;
}
/**
* 在位图中设置指定位
* @param heap_no 记录堆编号
*/
void set_bitmap_bit(ulint heap_no) {
ut_ad(is_record_lock());
byte *bitmap = reinterpret_cast<byte*>(this + 1);
ulint byte_index = heap_no / 8;
ulint bit_index = heap_no % 8;
ut_ad(byte_index < un_member.rec_lock.n_bits);
bitmap[byte_index] |= (1 << bit_index);
}
/**
* 检查位图中的指定位
* @param heap_no 记录堆编号
* @return true表示位已设置
*/
bool test_bitmap_bit(ulint heap_no) const {
ut_ad(is_record_lock());
const byte *bitmap = reinterpret_cast<const byte*>(this + 1);
ulint byte_index = heap_no / 8;
ulint bit_index = heap_no % 8;
ut_ad(byte_index < un_member.rec_lock.n_bits);
return (bitmap[byte_index] & (1 << bit_index)) != 0;
}
/**
* 清除位图中的指定位
* @param heap_no 记录堆编号
*/
void clear_bitmap_bit(ulint heap_no) {
ut_ad(is_record_lock());
byte *bitmap = reinterpret_cast<byte*>(this + 1);
ulint byte_index = heap_no / 8;
ulint bit_index = heap_no % 8;
ut_ad(byte_index < un_member.rec_lock.n_bits);
bitmap[byte_index] &= ~(1 << bit_index);
}
/**
* 检查锁是否覆盖指定的记录范围
* @param heap_no_start 起始堆编号
* @param heap_no_end 结束堆编号
* @return true表示覆盖该范围
*/
bool covers_record_range(ulint heap_no_start, ulint heap_no_end) const {
for (ulint heap_no = heap_no_start; heap_no <= heap_no_end; ++heap_no) {
if (test_bitmap_bit(heap_no)) {
return true;
}
}
return false;
}
private:
/**
* 检查两个锁的位图是否重叠
*/
static bool bitmap_overlaps(const lock_t *lock1, const lock_t *lock2) {
const byte *bitmap1 = reinterpret_cast<const byte*>(lock1 + 1);
const byte *bitmap2 = reinterpret_cast<const byte*>(lock2 + 1);
ulint n_bytes = std::min(lock1->un_member.rec_lock.n_bits,
lock2->un_member.rec_lock.n_bits);
for (ulint i = 0; i < n_bytes; ++i) {
if ((bitmap1[i] & bitmap2[i]) != 0) {
return true; // 发现重叠位
}
}
return false;
}
};
/**
* 锁系统全局管理器
* 管理整个系统的锁分配、冲突检测和死锁处理
*/
class lock_sys_t {
private:
// ========== 锁哈希表 ==========
/** 行锁哈希表，按(space_id, page_no)哈希 */
hash_table_t *rec_hash;
/** 表锁哈希表，按table指针哈希 */
hash_table_t *table_hash;
/** 哈希表分区锁（读写锁数组） */
rw_lock_t *hash_latch;
// ========== 等待管理 ==========
/** 等待线程槽位数组 */
srv_slot_t *waiting_threads;
/** 最后一个槽位指针 */
srv_slot_t *last_slot;
/** 等待线程数量 */
std::atomic<ulint> n_waiting_threads;
// ========== 死锁检测 ==========
/** 死锁检测互斥锁 */
ib_mutex_t wait_mutex;
/** 当前检测的锁 */
lock_t *wait_lock;
/** 死锁检测深度限制 */
static constexpr ulint DEADLOCK_CHECK_MAX_DEPTH = 200;
/** 死锁检测超时时间（微秒） */
static constexpr ulint DEADLOCK_CHECK_TIMEOUT = 100000;
// ========== 统计信息 ==========
/** 锁等待次数 */
std::atomic<ulint> n_lock_waits;
/** 锁超时次数 */
std::atomic<ulint> n_lock_timeouts;
/** 死锁次数 */
std::atomic<ulint> n_deadlocks;
/** 总等待时间（微秒） */
std::atomic<ulint> total_wait_time;
public:
/**
* 初始化锁系统
* @param n_cells 哈希表槽数
* @return 初始化结果
*/
dberr_t init(ulint n_cells) {
// 1. 创建锁哈希表
rec_hash = hash_create(n_cells);
table_hash = hash_create(n_cells / 2);
if (rec_hash == nullptr || table_hash == nullptr) {
return DB_OUT_OF_MEMORY;
}
// 2. 创建哈希表分区锁
ulint n_partitions = n_cells / 64; // 每64个槽一个分区
hash_latch = static_cast<rw_lock_t*>(
ut_zalloc_nokey(n_partitions * sizeof(rw_lock_t)));
for (ulint i = 0; i < n_partitions; ++i) {
char latch_name[64];
snprintf(latch_name, sizeof(latch_name), "lock_hash_latch_%lu", i);
rw_lock_create(lock_hash_key, &hash_latch[i], SYNC_LOCK_SYS);
}
// 3. 初始化等待线程管理
waiting_threads = static_cast<srv_slot_t*>(
ut_zalloc_nokey(OS_THREAD_MAX_N * sizeof(srv_slot_t)));
last_slot = waiting_threads;
n_waiting_threads.store(0);
// 4. 初始化死锁检测
mutex_create(LATCH_ID_LOCK_WAIT, &wait_mutex);
wait_lock = nullptr;
// 5. 重置统计信息
n_lock_waits.store(0);
n_lock_timeouts.store(0);
n_deadlocks.store(0);
total_wait_time.store(0);
LogInfo(LOCK_LOG, "Lock system initialized with %lu hash cells", n_cells);
return DB_SUCCESS;
}
/**
* 请求表锁
* 实现意向锁机制，支持锁升级
* @param table 表对象
* @param mode 锁模式
* @param trx 事务对象
* @return 锁请求结果
*/
dberr_t lock_table(dict_table_t *table, ulint mode, trx_t *trx) {
LogDebug(LOCK_LOG, "Requesting table lock on %s.%s, mode=%lu, trx=%lu",
table->name.m_schema, table->name.m_table, mode, trx->id);
// 1. 检查是否已经持有兼容的锁
lock_t *existing_lock = find_table_lock(table, trx);
if (existing_lock != nullptr) {
if (modes_compatible(existing_lock->mode(), mode)) {
return DB_SUCCESS; // 已有兼容锁
}
// 需要锁升级
return upgrade_table_lock(existing_lock, mode);
}
// 2. 检查与其他事务的锁冲突
if (check_table_lock_conflicts(table, mode, trx)) {
// 有冲突，创建等待锁
return create_waiting_table_lock(table, mode, trx);
}
// 3. 立即授予锁
lock_t *lock = create_table_lock(table, mode, trx, false);
if (lock == nullptr) {
return DB_OUT_OF_MEMORY;
}
LogDebug(LOCK_LOG, "Granted table lock on %s.%s to trx %lu",
table->name.m_schema, table->name.m_table, trx->id);
return DB_SUCCESS;
}
/**
* 请求行锁
* 实现细粒度的行级锁定和间隙锁
* @param flags 锁标志
* @param block 页面块
* @param rec 记录指针
* @param index 索引对象
* @param mode 锁模式
* @param type 锁类型（间隙锁等）
* @param trx 事务对象
* @return 锁请求结果
*/
dberr_t lock_record(ulint flags, buf_block_t *block, const rec_t *rec,
dict_index_t *index, ulint mode, ulint type, trx_t *trx) {
page_no_t page_no = block->page.id.page_no();
space_id_t space_id = block->page.id.space();
ulint heap_no = page_rec_get_heap_no(rec);
LogDebug(LOCK_LOG, "Requesting record lock space=%lu, page=%lu, heap=%lu, "
"mode=%lu, type=%lu, trx=%lu",
space_id, page_no, heap_no, mode, type, trx->id);
// 1. 快速路径：检查是否已经持有足够的锁
lock_t *existing_lock = find_record_lock(space_id, page_no, heap_no, trx);
if (existing_lock != nullptr &&
lock_mode_stronger_or_eq(existing_lock->mode(), mode)) {
return DB_SUCCESS; // 已有足够强度的锁
}
// 2. 检查锁冲突
if (check_record_lock_conflicts(space_id, page_no, heap_no,
mode, type, trx)) {
// 有冲突，需要等待
return create_waiting_record_lock(flags, block, heap_no,
mode, type, trx);
}
// 3. 立即授予锁
lock_t *lock = create_record_lock(flags, block, heap_no,
mode, type, trx, false);
if (lock == nullptr) {
return DB_OUT_OF_MEMORY;
}
LogDebug(LOCK_LOG, "Granted record lock to trx %lu", trx->id);
return DB_SUCCESS;
}
/**
* 死锁检测主算法
* 使用深度优先搜索检测等待图中的环路
* @param start_trx 起始事务
* @return true表示发现死锁
*/
bool deadlock_check(trx_t *start_trx) {
LogDebug(DEADLOCK_LOG, "Starting deadlock check for trx %lu", start_trx->id);
mutex_enter(&wait_mutex);
// 1. 初始化检测状态
std::set<trx_t*> visited; // 已访问的事务
std::set<trx_t*> recursion_path; // 当前递归路径
std::vector<trx_t*> deadlock_cycle; // 死锁环路
// 2. 执行深度优先搜索
bool deadlock_found = deadlock_check_recursive(start_trx, visited,
recursion_path, deadlock_cycle);
if (deadlock_found) {
// 3. 选择死锁牺牲品并回滚
trx_t *victim = select_deadlock_victim(deadlock_cycle);
LogWarning(DEADLOCK_LOG, "Deadlock detected, chose trx %lu as victim, "
"cycle length=%zu", victim->id, deadlock_cycle.size());
// 标记牺牲品事务
victim->lock.was_chosen_as_deadlock_victim = true;
// 取消等待并开始回滚
cancel_waiting_lock(victim->lock.wait_lock);
// 更新死锁统计
n_deadlocks.fetch_add(1);
}
mutex_exit(&wait_mutex);
return deadlock_found;
}
/**
* 释放事务的所有锁
* 事务提交或回滚时调用
* @param trx 事务对象
*/
void release_locks_for_trx(trx_t *trx) {
LogDebug(LOCK_LOG, "Releasing all locks for trx %lu", trx->id);
ulint released_count = 0;
// 遍历事务的所有锁
lock_t *lock = UT_LIST_GET_FIRST(trx->lock.trx_locks);
while (lock != nullptr) {
lock_t *next_lock = UT_LIST_GET_NEXT(trx_locks, lock);
// 从事务锁链表移除
UT_LIST_REMOVE(trx->lock.trx_locks, lock);
if (lock->is_table_lock()) {
release_table_lock(lock);
} else {
release_record_lock(lock);
}
released_count++;
lock = next_lock;
}
// 唤醒可能等待的事务
wake_up_waiters_after_lock_release(trx);
LogDebug(LOCK_LOG, "Released %lu locks for trx %lu", released_count, trx->id);
}
private:
/**
* 递归死锁检测算法
* 实现深度优先搜索，检测等待图中的环路
*/
bool deadlock_check_recursive(trx_t *trx, std::set<trx_t*> &visited,
std::set<trx_t*> &recursion_path,
std::vector<trx_t*> &deadlock_cycle) {
// 1. 检查是否已经访问过
if (visited.find(trx) != visited.end()) {
return false;
}
// 2. 检查是否在当前递归路径中（发现环路）
if (recursion_path.find(trx) != recursion_path.end()) {
// 发现死锁环路，构建环路信息
build_deadlock_cycle(trx, recursion_path, deadlock_cycle);
return true;
}
// 3. 标记已访问和加入递归路径
visited.insert(trx);
recursion_path.insert(trx);
// 4. 获取事务等待的锁
lock_t *wait_lock = trx->lock.wait_lock;
if (wait_lock == nullptr) {
recursion_path.erase(trx);
return false; // 事务不在等待，无法形成环路
}
// 5. 查找阻塞当前事务的所有事务
std::vector<trx_t*> blocking_trxs;
find_blocking_transactions(wait_lock, blocking_trxs);
// 6. 递归检查每个阻塞事务
for (trx_t *blocking_trx : blocking_trxs) {
if (deadlock_check_recursive(blocking_trx, visited,
recursion_path, deadlock_cycle)) {
return true; // 在某个路径中发现死锁
}
}
// 7. 从递归路径移除当前事务
recursion_path.erase(trx);
return false;
}
/**
* 选择死锁牺牲品
* 选择代价最小的事务作为牺牲品进行回滚
*/
trx_t* select_deadlock_victim(const std::vector<trx_t*> &deadlock_cycle) {
trx_t *victim = nullptr;
ulint min_weight = ULINT_MAX;
for (trx_t *trx : deadlock_cycle) {
// 计算事务权重（修改的行数 + 持有的锁数）
ulint weight = trx->n_modified_rows.load() + trx->n_lock_structs.load();
// 优先选择权重小的事务作为牺牲品
if (weight < min_weight) {
min_weight = weight;
victim = trx;
}
}
LogDebug(DEADLOCK_LOG, "Selected trx %lu as deadlock victim (weight=%lu)",
victim->id, min_weight);
return victim;
}
/**
* 查找阻塞指定锁的所有事务
*/
void find_blocking_transactions(const lock_t *wait_lock,
std::vector<trx_t*> &blocking_trxs) {
if (wait_lock->is_table_lock()) {
find_blocking_table_transactions(wait_lock, blocking_trxs);
} else {
find_blocking_record_transactions(wait_lock, blocking_trxs);
}
}
/**
* 查找阻塞表锁的事务
*/
void find_blocking_table_transactions(const lock_t *wait_lock,
std::vector<trx_t*> &blocking_trxs) {
dict_table_t *table = wait_lock->table;
// 遍历表上的所有锁
lock_t *lock = UT_LIST_GET_FIRST(table->locks);
while (lock != nullptr) {
if (lock->trx != wait_lock->trx &&
!lock->is_waiting() &&
!modes_compatible(wait_lock->mode(), lock->mode())) {
blocking_trxs.push_back(lock->trx);
}
lock = UT_LIST_GET_NEXT(un_member.tab_lock.locks, lock);
}
}
/**
* 查找阻塞行锁的事务
*/
void find_blocking_record_transactions(const lock_t *wait_lock,
std::vector<trx_t*> &blocking_trxs) {
space_id_t space_id = wait_lock->un_member.rec_lock.space;
page_no_t page_no = wait_lock->un_member.rec_lock.page_no;
// 获取页面上的第一个锁
lock_t *lock = lock_rec_get_first_on_page_addr(space_id, page_no);
while (lock != nullptr) {
if (lock->trx != wait_lock->trx &&
!lock->is_waiting() &&
rec_locks_conflict(wait_lock, lock)) {
blocking_trxs.push_back(lock->trx);
}
lock = lock_rec_get_next_on_page(lock);
}
}
/**
* 创建等待行锁并处理死锁
*/
dberr_t create_waiting_record_lock(ulint flags, buf_block_t *block,
ulint heap_no, ulint mode, ulint type,
trx_t *trx) {
// 1. 创建等待锁
lock_t *lock = create_record_lock(flags, block, heap_no,
mode, type | LOCK_WAIT, trx, true);
if (lock == nullptr) {
return DB_OUT_OF_MEMORY;
}
// 2. 设置事务等待状态
trx->lock.wait_lock = lock;
trx->lock.wait_started = time(nullptr);
// 3. 分配等待线程槽位
srv_slot_t *slot = allocate_waiting_slot(trx);
if (slot == nullptr) {
lock_cancel_waiting_and_release(lock);
return DB_OUT_OF_RESOURCES;
}
// 4. 执行死锁检测
if (deadlock_check(trx)) {
// 发现死锁，当前事务被选为牺牲品
release_waiting_slot(slot);
lock_cancel_waiting_and_release(lock);
return DB_DEADLOCK;
}
// 5. 等待锁获得
return wait_for_lock_grant(lock, trx, slot);
}
/**
* 等待锁获得
* 事务进入等待状态，直到锁被授予或超时
*/
dberr_t wait_for_lock_grant(lock_t *lock, trx_t *trx, srv_slot_t *slot) {
ulint wait_time = 0;
const ulint max_wait_time = trx->mysql_thd ?
thd_lock_wait_timeout(trx->mysql_thd) :
innodb_lock_wait_timeout;
auto wait_start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
while (lock->is_waiting()) {
// 1. 检查超时
if (wait_time >= max_wait_time) {
LogWarning(LOCK_LOG, "Lock wait timeout for trx %lu after %lu seconds",
trx->id, max_wait_time);
release_waiting_slot(slot);
lock_cancel_waiting_and_release(lock);
n_lock_timeouts.fetch_add(1);
return DB_LOCK_WAIT_TIMEOUT;
}
// 2. 检查事务是否被杀死
if (trx_is_interrupted(trx)) {
LogDebug(LOCK_LOG, "Transaction %lu was killed during lock wait",
trx->id);
release_waiting_slot(slot);
lock_cancel_waiting_and_release(lock);
return DB_INTERRUPTED;
}
// 3. 短暂休眠等待
os_thread_sleep(LOCK_WAIT_CHECK_INTERVAL); // 100ms
wait_time += LOCK_WAIT_CHECK_INTERVAL / 1000;
}
// 锁已获得
auto wait_end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(
wait_end - wait_start).count();
// 更新统计信息
n_lock_waits.fetch_add(1);
total_wait_time.fetch_add(duration);
// 释放等待槽位
release_waiting_slot(slot);
LogDebug(LOCK_LOG, "Lock granted to trx %lu after %ld us wait",
trx->id, duration);
return DB_SUCCESS;
}
/**
* 获取锁系统性能统计
* @return 性能统计结构
*/
lock_performance_stats get_performance_stats() const {
lock_performance_stats stats;
stats.n_lock_waits = n_lock_waits.load();
stats.n_lock_timeouts = n_lock_timeouts.load();
stats.n_deadlocks = n_deadlocks.load();
stats.total_wait_time_us = total_wait_time.load();
// 计算平均等待时间
if (stats.n_lock_waits > 0) {
stats.avg_wait_time_us = stats.total_wait_time_us / stats.n_lock_waits;
} else {
stats.avg_wait_time_us = 0;
}
// 获取当前等待线程数
stats.n_waiting_threads = n_waiting_threads.load();
// 统计各种锁的数量
count_locks_by_type(stats);
return stats;
}
private:
static constexpr ulint LOCK_WAIT_CHECK_INTERVAL = 100000; // 100ms
/**
* 统计各类型锁的数量
*/
void count_locks_by_type(lock_performance_stats &stats) const {
stats.n_table_locks = 0;
stats.n_record_locks = 0;
stats.n_gap_locks = 0;
stats.n_insert_intention_locks = 0;
// 遍历行锁哈希表
for (ulint i = 0; i < hash_get_n_cells(rec_hash); ++i) {
lock_t *lock = static_cast<lock_t*>(hash_get_first(rec_hash, i));
while (lock != nullptr) {
if (lock->is_record_lock()) {
stats.n_record_locks++;
if (lock->is_gap_lock()) {
stats.n_gap_locks++;
}
if (lock->is_insert_intention()) {
stats.n_insert_intention_locks++;
}
}
lock = static_cast<lock_t*>(hash_get_next(rec_hash, lock));
}
}
// 遍历表锁哈希表
for (ulint i = 0; i < hash_get_n_cells(table_hash); ++i) {
lock_t *lock = static_cast<lock_t*>(hash_get_first(table_hash, i));
while (lock != nullptr) {
if (lock->is_table_lock()) {
stats.n_table_locks++;
}
lock = static_cast<lock_t*>(hash_get_next(table_hash, lock));
}
}
}
};
/** 全局锁系统实例 */
extern lock_sys_t *lock_sys;
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