Day812.MySQL死锁问题 -Java 性能调优实战

Posted 2022-12-14 阿昌喜欢吃黄桃

mysql死锁问题

Hi，我是阿昌，今天学习记录的是关于MySQL死锁问题。

一个项目，在项目初期，是没有将读写表分离的，而是基于一个主库完成读写操作。

在业务量逐渐增大的时候，会收到系统的异常报警信息，DBA 通知我们数据库出现了死锁异常。按理说业务开始是比较简单的，就是新增订单、修改订单、查询订单等操作，那为什么会出现死锁呢？

经过日志分析，发现是作为幂等性校验的一张表经常出现死锁异常，后来在开发环境中模拟了相关操作，果然重现了该死锁异常。

接下来通过实战来重现下该业务死锁异常。

首先，创建一张订单记录表，该表主要用于校验订单重复创建：

CREATE TABLE `order_record`  (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `order_no` int(11) DEFAULT NULL,
  `status` int(4) DEFAULT NULL,
  `create_date` datetime(0) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE,
  INDEX `idx_order_status`(`order_no`,`status`) USING BTREE
) ENGINE = InnoDB

为了能重现该问题，先将事务设置为手动提交。

这里要注意一下，MySQL 数据库和 Oracle 提交事务不太一样，MySQL 数据库默认情况下是自动提交事务，可以通过以下命令行查看自动提交事务是否开启：

mysql> show variables like 'autocommit';
+---------------+-------+
| Variable_name | Value |
+---------------+-------+
| autocommit    | ON    |
+---------------+-------+
1 row in set (0.01 sec)

下面就操作吧，先将 MySQL 数据库的事务提交设置为手动提交，通过以下命令行可以关闭自动提交事务：

mysql> set autocommit = 0;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

订单在做幂等性校验时，先是通过订单号检查订单是否存在，如果不存在则新增订单记录。知道具体的逻辑之后，再来模拟创建产生死锁的运行 SQL 语句。

首先，模拟新建两个订单，并按照以下顺序执行幂等性校验 SQL 语句（垂直方向代表执行的时间顺序）：

此时，会发现两个事务已经进入死锁状态。

可以在 information_schema 数据库中查询到具体的死锁情况，如下图所示：

为什么 SELECT 要加 for update 排他锁，而不是使用共享锁呢？

试想下，如果是两个订单号一样的请求同时进来，就有可能出现幻读。

也就是说，一开始事务 A 中的查询没有该订单号，后来事务 B 新增了一个该订单号的记录，此时事务 A 再新增一条该订单号记录，就会创建重复的订单记录。

面对这种情况，可以使用锁间隙算法来防止幻读。

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一、死锁是如何产生的？

锁间隙，在MySQL调优之事务：高并发场景下的数据库事务调优中，讲过了并发事务中的锁机制以及行锁的具体实现算法，不妨回顾一下。

行锁的具体实现算法有三种：

• record lock
• gap lock
• next-key lock

record lock 是专门对索引项加锁；
gap lock 是对索引项之间的间隙加锁；
next-key lock 则是前面两种的组合，对索引项以其之间的间隙加锁。

只在可重复读或以上隔离级别下的特定操作才会取得 gap lock 或 next-key lock，在 Select、Update 和 Delete 时，除了基于唯一索引的查询之外，其它索引查询时都会获取 gap lock 或 next-key lock，即锁住其扫描的范围。

主键索引也属于唯一索引，所以主键索引是不会使用 gap lock 或 next-key lock。

在 MySQL 中，gap lock 默认是开启的，即 innodb_locks_unsafe_for_binlog 参数值是 disable 的，且 MySQL 中默认的是 RR 事务隔离级别。

当执行以下查询 SQL 时，由于 order_no 列为非唯一索引，此时又是 RR 事务隔离级别，所以 SELECT 的加锁类型为 gap lock，这里的 gap 范围是 (4,+∞）。

SELECT id FROM demo.order_record where order_no = 4 for update;

执行查询 SQL 语句获取的 gap lock 并不会导致阻塞，而当执行以下插入 SQL 时，会在插入间隙上再次获取插入意向锁。

插入意向锁其实也是一种 gap 锁，它与 gap lock 是冲突的，所以当其它事务持有该间隙的 gap lock 时，需要等待其它事务释放 gap lock 之后，才能获取到插入意向锁。

以上事务 A 和事务 B 都持有间隙 (4,+∞）的 gap 锁，而接下来的插入操作为了获取到插入意向锁，都在等待对方事务的 gap 锁释放，于是就造成了循环等待，导致死锁。

INSERT INTO demo.order_record(order_no, status, create_date) VALUES (5, 1, ‘2019-07-13 10:57:03’);

可以通过以下锁的兼容矩阵图，来查看锁的兼容性：

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二、避免死锁的措施

知道了死锁问题源自哪儿，就可以找到合适的方法来避免它了。

避免死锁最直观的方法就是在两个事务相互等待时，当一个事务的等待时间超过设置的某一阈值，就对这个事务进行回滚，另一个事务就可以继续执行了。

• 在 InnoDB 中，参数 innodb_lock_wait_timeout 是用来设置事务等待超时时间的。

• 另外，还可以将 order_no 列设置为唯一索引列。虽然不能防止幻读，但可以利用它的唯一性来保证订单记录不重复创建，这种方式唯一的缺点就是当遇到重复创建订单时会抛出异常。

• 使用其它的方式来代替数据库实现幂等性校验。例如，使用 Redis 以及 ZooKeeper 来实现，运行效率比数据库更佳。

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三、其它常见的 SQL 死锁问题

死锁的四个必要条件：

• 互斥
• 占有且等待
• 不可强占用
• 循环等待

只要系统发生死锁，这些条件必然成立。所以在一些经常需要使用互斥共用一些资源，且有可能循环等待的业务场景中，要特别注意死锁问题。

接下来，再来了解一个出现死锁的场景。

讲过，InnoDB 存储引擎的主键索引为聚簇索引，其它索引为辅助索引。

如果之前使用辅助索引来更新数据库，就需要修改为使用聚簇索引来更新数据库。

如果两个更新事务使用了不同的辅助索引，或一个使用了辅助索引，一个使用了聚簇索引，就都有可能导致锁资源的循环等待。

由于本身两个事务是互斥，也就构成了以上死锁的四个必要条件了。

还是以上面的这个订单记录表来重现下聚簇索引和辅助索引更新时，循环等待锁资源导致的死锁问题：

出现死锁的步骤：

综上可知，在更新操作时，应该尽量使用主键来更新表字段，这样可以有效避免一些不必要的死锁发生。

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四、总结

数据库发生死锁的概率并不是很大，一旦遇到了，就一定要彻查具体原因，尽快找出解决方案，老实说，过程不简单。

只有先对 MySQL 的 InnoDB 存储引擎有足够的了解，才能剖析出造成死锁的具体原因。

例如，以上例举的两种发生死锁的场景:

• 一个考验的是对锁算法的了解
• 一个考验则是对聚簇索引和辅助索引的熟悉程度

解决死锁的最佳方式当然就是预防死锁的发生了，平时编程中，可以通过以下一些常规手段来预防死锁的发生：

1. 在编程中尽量按照固定的顺序来处理数据库记录，假设有两个更新操作，分别更新两条相同的记录，但更新顺序不一样，有可能导致死锁；
2. 在允许幻读和不可重复读的情况下，尽量使用 RC 事务隔离级别，可以避免 gap lock 导致的死锁问题；
3. 更新表时，尽量使用主键更新；
4. 避免长事务，尽量将长事务拆解，可以降低与其它事务发生冲突的概率；
5. 设置锁等待超时参数，我们可以通过 innodb_lock_wait_timeout 设置合理的等待超时阈值，特别是在一些高并发的业务中，我们可以尽量将该值设置得小一些，避免大量事务等待，占用系统资源，造成严重的性能开销。

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除了设置 innodb_lock_wait_timeout 参数来避免已经产生死锁的 SQL 长时间等待，你还知道其它方法来解决类似问题吗？

MySQL默认开启了死锁检测机制，当检测到死锁后会选择一个最小(锁定资源最少得事务)的事务进行回滚Innodb提供了wait-for graph算法来主动进行死锁检测，可以通过innodb_deadlock_detect = on 打开死锁检测。

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