MySQL死锁案例分析

Posted 2021-05-14 从此寂静无声

最近项目中某个模块稳定复现mysql死锁问题，本文记录死锁的发生原因以及解决办法。

1. 预备知识

1.1 表锁和行锁

• 表锁

表锁是MySQL中最基本的锁策略，并且是开销最小的策略。表锁会锁定整张数据表，用户的写操作（插入/删除/更新）前，都需要获取写锁（写锁会相互阻塞）；没有写锁时，读取用户才能获取读锁（读锁不会相互阻塞）。

• 行锁（仅限定于InnoDB）

行级锁可以最大程度的支持并发处理（同时也带来了最大的锁开销）。行级锁只在存储引擎实现，而MySQL服务器层没有实现。服务器层完全不了解存储引擎中的具体实现。

1.2 行锁简介

行锁的模式有：读/写意向锁（IS/IX锁）,读锁（S锁），写锁（X锁）以及自增锁（AI）。

行锁根据场景的不同又可以进一步细分，依次为Next-Key Lock，Gap Lock间隙锁，Record Lock记录锁和插入意向GAP锁。不同的锁锁定的位置是不同的，比如说记录锁只锁住对应的记录，而间隙锁锁住记录和记录之间的间隔，Next-Key Lock锁住记录和记录之前的间隙。不同类型锁的锁定范围大致如下图所示。

此外，锁对应的死锁日志信息标记如下所示：

• 记录锁（LOCK_REC_NOT_GAP）: lock_mode X locks rec but not gap
• 间隙锁（LOCK_GAP）: lock_mode X locks gap before rec
• Next-key锁（LOCK_ORNIDARY）: lock_mode X
• 插入意向锁（LOCK_INSERT_INTENTION）: lock_mode X locks gap before rec insert intention

1.3 行锁加锁示例

InnoDB是聚簇索引，也就是B+树的叶子节点存储了主键索引以及数据行；InnoDB的二级索引的叶子节点存储的则是主键值，所以通过二级索引查询数据时，需要根据查询到的主键去聚簇索引中再次进行查询。

update user set age = 10 where id = 49;
update user set age = 10 where name = \'Tom\';

（1）第一条SQL使用主键进行查询，则只需要在id=49主键上加上写锁（X锁）；
（2）第二条SQL使用二级索引查询，首先在name=\'Tom\'上加写锁，然后根据获取的主键索引查询，在id=49主键上添加写锁。

具体如下图所示：

以上是基于单条数据讨论，针对多条数据：

update user set age = 10 where id > 49;

执行步骤：

（1）MySQL Server根据where条件读取满足条件的第一条记录，InnoDB引擎返回行记录并加锁；
（2）MySQL Server发起更新行记录的update请求，更新此记录；
（3）反复循环（1）（2）步骤，直到所有满足条件的记录均被修改。

具体如下图所示：

2.准备工作

2.1 创建数据表并初始化

create table dead_lock_test
(
    id int auto_increment
        primary key,
    v1 int not null,
    v2 int not null
);

insert into  dead_lock_test (v1,v2) value (1,1);
insert into  dead_lock_test (v1,v2) value (2,2);
insert into  dead_lock_test (v1,v2) value (3,3);

需要注意，数据表中仅存在主键索引。此外，默认数据库引擎为InnoDB，事务隔离级别为RR（可重复读，相对于RC解决了幻读）。

2.2 开启锁监控

使用如下语句，开启MySQL锁监控：

# 开启
set GLOBAL innodb_status_output=ON;
set GLOBAL innodb_status_output_locks=ON;

# 关闭
set GLOBAL innodb_status_output_locks=OFF;

3.场景复现

开启两个数据库连接，分别执行如下SQL语句：

# session1
start transaction ;
insert into  dead_lock_test (v1,v2) value (4,4);
delete from dead_lock_test where v1 = 4 and v2 = 4;
commit;

# session2
start transaction;
insert into  dead_lock_test (v1,v2) value (5,5);
delete from dead_lock_test where v1 = 5 and v2 = 5;
commit;

不要问事务里就两条SQL，插入后删除走回滚就可以了之类的问题（我也不知道为什么这么写的）。

事务执行步骤如下表所示：

session1	session2	stage	备注
start transaction;	start transaction;
insert into dead_lock_test (v1,v2) value (4,4);	do nothing		执行成功
do nothing	insert into dead_lock_test (v1,v2) value (5,5);	stage1	执行成功
delete from dead_lock_test where v1 = 4 and v2 = 4;	do nothing	stage2	session1执行结果阻塞
do nothing	delete from dead_lock_test where v1 = 5 and v2 = 5;	stage3	session2执行结果报deadlock

3.1 stage1

执行show engine innodb status;节选事务信息如下所示：

------------
TRANSACTIONS
------------
Trx id counter 91328
Purge done for trx\'s n:o < 91327 undo n:o < 0 state: running but idle
History list length 19
LIST OF TRANSACTIONS FOR EACH SESSION:
---TRANSACTION 91327, ACTIVE 37 sec
1 lock struct(s), heap size 1136, 0 row lock(s), undo log entries 1
MySQL thread id 24, OS thread handle 15668, query id 3147 localhost 127.0.0.1 root
TABLE LOCK table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91327 lock mode IX
---TRANSACTION 91322, ACTIVE 44 sec
1 lock struct(s), heap size 1136, 0 row lock(s), undo log entries 1
MySQL thread id 23, OS thread handle 22788, query id 3103 localhost 127.0.0.1 root
TABLE LOCK table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91322 lock mode IX

输出内容中节选当前事务信息，当前存在两个运行中事务，trx id分别为91322以及91327。

• TABLE LOCK table igw_proxy_rule_management.dead_lock_test trx id 91322 lock mode IX: dead_lock_test表上添加IX锁。

91322事务对应session1，91327事务对应session2.

3.2 stage2

执行delete from dead_lock_test where v1 = 4 and v2 = 4;后可发现，当前事务被阻塞。
执行show engine innodb status;节选事务信息如下所示：

因为输出内容较多，直接在输出内容中添加注释进行解析。

------------
TRANSACTIONS
------------
Trx id counter 91332
Purge done for trx\'s n:o < 91332 undo n:o < 0 state: running but idle
History list length 21
LIST OF TRANSACTIONS FOR EACH SESSION:
---TRANSACTION 91327, ACTIVE 58 sec
* 2 lock strcut(s): 事务91327中锁链表长度为2（每个链表节点表示该事务持有的一个锁结构，包括表锁/记录锁等），当前事务包含表锁（IX）以及一个行锁（记录锁）；
* 1 row lock(s)：当前事务持有的行锁个数；
* undo log entries 1：当前事务的undo log个数
2 lock struct(s), heap size 1136, 1 row lock(s), undo log entries 1
MySQL thread id 24, OS thread handle 15668, query id 3147 localhost 127.0.0.1 root
* TABLE LOCK：当前事务持有的表锁（IX）
TABLE LOCK table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91327 lock mode IX
* RECORD LOCKS：当前事务持有的行锁（lock_mode X locks rec but not gap）
* space id 92: dead_lock_test所在空间编号
* page no 4: 当前记录所在页码
RECORD LOCKS space id 92 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91327 lock_mode X locks rec but not gap
* 行锁信息： heap no=6
Record lock, heap no 6 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0

 0: len 4; hex 80000005; asc     ;; * hex 80000005：当前加锁的记录id=5
 1: len 6; hex 0000000164bf; asc     d ;;   * hex 0000000164bf： 事务ID；
 2: len 7; hex 81000000b20110; asc        ;;    * hex 81000000b20110： 回滚指针；
 3: len 4; hex 80000005; asc     ;; * hex 80000005: v1字段对应数值；
 4: len 4; hex 80000005; asc     ;; * hex 80000005：v2字段对应数值；

---TRANSACTION 91322, ACTIVE 65 sec fetching rows
* tables in use 1: 有1个表正在被使用；
* locked 1： 有一个表锁
mysql tables in use 1, locked 1
* LOCK WAIT：事务91322处于锁等待状态；其他字段解释详见上问
LOCK WAIT 5 lock struct(s), heap size 1136, 6 row lock(s), undo log entries 2
MySQL thread id 23, OS thread handle 22788, query id 3199 localhost 127.0.0.1 root updating
* 事务91322当前执行SQL语句
/* ApplicationName=DataGrip 2021.1.1 */ delete from dead_lock_test where v1 = 4 and v2 = 4
* 事务91322等待的锁信息
------- TRX HAS BEEN WAITING 8 SEC FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 92 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91322 lock_mode X waiting
* 事务91322等待的记录锁（锁对应记录主键为5，被事务91327持有）
Record lock, heap no 6 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000005; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164bf; asc     d ;;
 2: len 7; hex 81000000b20110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000005; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000005; asc     ;;

------------------
* 以下展示事务91322所持有的锁以及尝试获取的锁，首先是表意向锁（IX锁）
TABLE LOCK table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91322 lock mode IX
RECORD LOCKS space id 92 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91322 lock_mode X
* 记录锁（锁对应记录主键为1）
Record lock, heap no 2 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000001; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164b3; asc     d ;;
 2: len 7; hex 81000000ad0110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000001; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000001; asc     ;;

* 记录锁（锁对应记录主键为2）
Record lock, heap no 3 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000002; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164b4; asc     d ;;
 2: len 7; hex 82000000ad0110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000002; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000002; asc     ;;

* 记录锁（锁对应记录主键为3）
Record lock, heap no 4 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000003; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164b9; asc     d ;;
 2: len 7; hex 81000000b00110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000003; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000003; asc     ;;

* 记录锁：锁定记录（添加记录时创建的锁）
RECORD LOCKS space id 92 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91322 lock_mode X locks rec but not gap
Record lock, heap no 5 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 32
 0: len 4; hex 80000004; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164ba; asc     d ;;
 2: len 7; hex 020000011a03cb; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000004; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000004; asc     ;;

* 间隙锁：锁定记录（删除记录时创建的锁，在RR模式下生效，主要解决幻读）
* 需要注意，InnoDB的删除记录不是物理删除，而是标记删除（等待后续记录覆盖），因此可理解删除类似于更新操作
RECORD LOCKS space id 92 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91322 lock_mode X locks gap before rec
Record lock, heap no 5 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 32
 0: len 4; hex 80000004; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164ba; asc     d ;;
 2: len 7; hex 020000011a03cb; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000004; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000004; asc     ;;

* 事务91322尝试获取的锁（被事务91327持有）
RECORD LOCKS space id 92 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91322 lock_mode X waiting
Record lock, heap no 6 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000005; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164bf; asc     d ;;
 2: len 7; hex 81000000b20110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000005; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000005; asc     ;;

（1）由以上注释可知，事务91322在尝试删除时，会对表中所有记录添加记录锁。
这是因为当前删除记录条件为v1 = 4 and v2 = 4，在v1与v2字段上，并未建立相应的索引。
因为无法通过索引确定主键，导致MySQL Server会先尝试锁定当前dead_lock_test表中所有记录添加记录锁（可以设置参数进行优化，根据where条件逐渐解除不满足条件记录上的记录锁）。

（2）事务91322尝试对dead_lock_test表中所有记录添加锁，发现记录（id=5）已经被事务91327添加记录锁，导致事务91322只能等待事务91327放弃记录锁。

3.3 stage3

执行delete from dead_lock_test where v1 = 5 and v2 = 5;后即可发现终端输出：

[2021-05-13 15:33:29] [40001][1213] Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction

执行show engine innodb status;节选死锁信息如下所示：

因为内容较多，不再列出解释，详见输出信息中文注释部分

------------------------
LATEST DETECTED DEADLOCK
------------------------
2021-05-13 17:27:09 0xca4
*** (1) TRANSACTION:
* 事务91322持有锁情况，在stage2已经详细解释，此处不再赘述
TRANSACTION 91322, ACTIVE 78 sec fetching rows
mysql tables in use 1, locked 1
LOCK WAIT 5 lock struct(s), heap size 1136, 6 row lock(s), undo log entries 2
MySQL thread id 23, OS thread handle 22788, query id 3199 localhost 127.0.0.1 root updating
/* ApplicationName=DataGrip 2021.1.1 */ delete from dead_lock_test where v1 = 4 and v2 = 4

*** (1) HOLDS THE LOCK(S):
RECORD LOCKS space id 92 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91322 lock_mode X
Record lock, heap no 2 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000001; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164b3; asc     d ;;
 2: len 7; hex 81000000ad0110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000001; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000001; asc     ;;

Record lock, heap no 3 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000002; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164b4; asc     d ;;
 2: len 7; hex 82000000ad0110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000002; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000002; asc     ;;

Record lock, heap no 4 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000003; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164b9; asc     d ;;
 2: len 7; hex 81000000b00110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000003; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000003; asc     ;;


*** (1) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 92 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91322 lock_mode X waiting
Record lock, heap no 6 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000005; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164bf; asc     d ;;
 2: len 7; hex 81000000b20110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000005; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000005; asc     ;;


*** (2) TRANSACTION:
TRANSACTION 91327, ACTIVE 71 sec starting index read
mysql tables in use 1, locked 1
LOCK WAIT 3 lock struct(s), heap size 1136, 2 row lock(s), undo log entries 1
MySQL thread id 24, OS thread handle 15668, query id 3237 localhost 127.0.0.1 root updating
/* ApplicationName=DataGrip 2021.1.1 */ delete from dead_lock_test where v1 = 5 and v2 = 5

*** (2) HOLDS THE LOCK(S):
* 事务91327持有记录（id=5）的记录锁，此锁正在被事务91322等待持有
RECORD LOCKS space id 92 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91327 lock_mode X locks rec but not gap
Record lock, heap no 6 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000005; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164bf; asc     d ;;
 2: len 7; hex 81000000b20110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000005; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000005; asc     ;;


*** (2) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
* 事务91327等待持有记录锁，锁信息见后续解释
RECORD LOCKS space id 92 page no 4 n bits 72 index PRIMARY of table `igw_proxy_rule_management`.`dead_lock_test` trx id 91327 lock_mode X waiting
* 事务91327等待持有记录（id=1）的记录锁（delete无法走索引查询，因此会尝试对所有表记录进行加锁，但是事务91322持有id=1/2/3/4的记录锁，死锁条件构成）
Record lock, heap no 2 PHYSICAL RECORD: n_fields 5; compact format; info bits 0
 0: len 4; hex 80000001; asc     ;;
 1: len 6; hex 0000000164b3; asc     d ;;
 2: len 7; hex 81000000ad0110; asc        ;;
 3: len 4; hex 80000001; asc     ;;
 4: len 4; hex 80000001; asc     ;;

*** WE ROLL BACK TRANSACTION (2)

由上可知：
（1）事务91322执行删除操作时，尝试获取表中所有记录的记录锁，其中记录（id=5）的锁被事务91327持有；
（2）事务91327执行删除操作时，尝试获取表中所有记录的记录锁，发现记录（id=1/2/3/4）的锁被事务91322持有；
（3）至此，事务91322与事务91327构成互相等待，死锁形成。

解决方案

4.1 添加索引

由上述的分析可知，删除时因为where条件无法利用索引，导致MySQL会尝试对表中所有记录加记录锁，产生死锁。
我们仅需在v1以及v2字段上建立联合索引，缩小记录冲突范围。

create index dead_lock_test_v2_v1_index on dead_lock_test (v1, v2);

此处没有设置唯一索引，如果多个事务根据索引查询，锁定的记录存在重叠，也容易复现死锁现象。
不过当前业务侧的数据插入，可保证在短暂时间范围内，不存在重叠记录，且表中存在一些重复数据，因此不使用唯一索引。

4.2 最终

表中添加索引。事务中添加后再删除，通过回滚实现。

参考文章

把MySQL中的各种锁及其原理都画出来
MySQL锁系列（二）之 锁解读