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本文是基于 极客时间——MySQL 实战 45 讲 整理的学习笔记,仅供学习参考,请勿用于商业用途,如若侵权,请联系并删除。

课程重点:

  • 了解 Mysql 的行锁
  • 理解两阶段锁协议
  • 了解死锁及死锁检测

MySQL 的行锁是在引擎层由各个引擎自己实现的。但并不是所有的引擎都支持行锁,比如 MyISAM 引擎就不支持行锁。

不支持行锁意味着并发控制只能使用表锁,对于这种引擎的表,同一张表上任何时刻只能有一个更新在执行,这就会影响到业务并发度。InnoDB 是支持行锁的,这也是 MyISAM 被 InnoDB 替代的重要原因之一。

顾名思义,行锁就是针对数据表中行记录的锁。这很好理解,比如事务 A 更新了一行,而 这时候事务 B 也要更新同一行,则必须等事务 A 的操作完成后才能进行更新。

当然,数据库中还有一些没那么一目了然的概念和设计,这些概念如果理解和使用不当,容
易导致程序出现非预期行为,比如两阶段锁。

两阶段锁协议

在下面的操作序列中,事务 B 的 update 语句执行时会是什么现象呢?假设字段 id 是表 t 的主键。

这个问题的结论取决于事务 A 在执行完两条 update 语句后,持有哪些锁,以及在什么时 候释放。你可以验证一下:实际上事务 B 的 update 语句会被阻塞,直到事务 A 执行 commit 之后,事务 B 才能继续执行。

知道了这个答案,你一定知道了事务 A 持有的两个记录的行锁,都是在 commit 的时候才释放的。

也就是说,在 InnoDB 事务中,行锁是在需要的时候才加上的,但并不是不需要了就立刻释放,而是要等到事务结束时才释放(这一点和 MDL 很像)。这个就是两阶段锁协议

知道了两阶段锁协议的设定,对我们使用事务有什么帮助呢?

那就是,如果事务中需要锁多个行,要把最可能造成锁冲突、最可能影响并发度的锁尽量往后放

假设在一个业务中,需要 update 两条记录(1、2),并 insert 一条记录(3),为了保证原子性,我们要把这三个操作放在一个事务中。

其中有一个 update 语句会冲突,需要修改同一行数据。

根据两阶段锁协议,不论你怎样安排语句顺序,所有的操作需要的行锁都是在事务提交的时候才释放的。所以,如果你把语句 2 安排在最后,比如按照 3、1、2 这样的顺序,那么行锁时间就最少。这就最大程度地减少了事务之间的锁等待,提升了并发度。

好了,现在由于你的正确设计,影院余额这一行的行锁在一个事务中不会停留很长时间。但
是,这并没有完全解决你的困扰。
如果这个影院做活动,可以低价预售一年内所有的电影票,而且这个活动只做一天。于是在 活动时间开始的时候,你的 MySQL 就挂了。你登上服务器一看,CPU 消耗接近 100%, 但整个数据库每秒就执行不到 100 个事务。这是什么原因呢?
这里,我就要说到死锁和死锁检测了。
死锁和死锁检测
当并发系统中不同线程出现循环资源依赖,涉及的线程都在等待别的线程释放资源时,就会
导致这几个线程都进入无限等待的状态,称为死锁。这里我用数据库中的行锁举个例子。

死锁和死锁检测

当并发系统中不同线程出现循环资源依赖,涉及的线程都在等待别的线程释放资源时,就会
导致这几个线程都进入无限等待的状态,称为死锁。

下面通过数据库的行锁来解释什么是死锁。


如上图所示,事务 A 在等待事务 B 释放 id=2 的行锁,而事务 B 在等待事务 A 释放 id=1 的行锁。 事务 A 和事务 B 在互相等待对方的资源释放,此时就会进入死锁的状态。

当出现死锁以后,有两种策略:

  1. 直接进入等待,直到超时。这个超时时间可以通过参数 innodb_lock_wait_timeout 来设置。
  2. 发起死锁检测,发现死锁后,主动回滚死锁链条中的某一个事务,让其他事务得以继续执行。将参数 innodb_deadlock_detect 设置为 on,表示开启这个逻辑

在 InnoDB 中,innodb_lock_wait_timeout 的默认值是 50s,意味着如果采用第一个策略,当出现死锁以后,第一个被锁住的线程要过 50s 才会超时退出,然后其他线程才有可能继续执行。对于在线服务来说,这个等待时间往往是无法接受的。

但是,我们又不可能直接把这个时间设置成一个很小的值,比如 1s。这样当出现死锁的时候,确实很快就可以解开,但如果不是死锁,而是简单的锁等待呢?所以,超时时间设置太短的话,会出现很多误伤。

正常情况下还是要采用第二种策略,即:主动死锁检测,而且 innodb_deadlock_detect 的默认值本身就是 on。主动死锁检测在发生死锁的时候,是能够快速发现并进行处理的,但是它也是有额外负担的。

因为每当一个事务被锁时,就需要看看它所依赖的线程有没有被别人锁住,如此循环,最后判断是否出现了循环等待,也就是死锁。

特别是当是当所有事务都要更新同一行的场景下(也就是并发比较大),每个新来的被堵住的线程,都要判断会不会由于自己的加入导致了死锁,这是一个时间复杂 度是 O(n) 的操作。假设有 1000 个并发线程要同时更新同一行,那么死锁检测操作就是 100 万这个量级的。虽然最终检测的结果是没有死锁,但是这期间要消耗大量的 CPU 资源。因此,你就会看到 CPU 利用率很高,但是每秒却执行不了几个事务。

那么到底该如何解决由这种热点行更新,导致的性能问题呢?

问题的症结在于,死锁检测要耗费大量的 CPU 资源,这里有两种方案:

  1. 一种头痛医头的方法,就是如果你能确保这个业务一定不会出现死锁,可以临时把死锁检测关掉。但是这种操作本身带有一定的风险,因为业务设计的时候一般不会把死锁当做一个严 重错误,毕竟出现死锁了,就回滚,然后通过业务重试一般就没问题了,这是业务无损的。 而关掉死锁检测意味着可能会出现大量的超时,这是业务有损的。
  2. 另一个思路是控制并发度。根据上面的分析,你会发现如果并发能够控制住,比如同一行同 时最多只有 10 个线程在更新,那么死锁检测的成本很低,就不会出现这个问题。一个直接 的想法就是,在客户端做并发控制。但是,你会很快发现这个方法不太可行,因为客户端很 多。我见过一个应用,有 600 个客户端,这样即使每个客户端控制到只有 5 个并发线程, 汇总到数据库服务端以后,峰值并发数也可能要达到 3000。

总结

  1. 在 InnoDB 事务中,行锁是在需要的时候才加上的,但并不是不需要了就立刻释放,而是要等到事务结束时才释放。这个就是两阶段锁协议。
  2. 当事务中需要锁多个行,要把最可能造成锁冲突、最可能影响并发度的锁的申请时机尽量往后放,这样可以最大程度的减少事务之间的锁等待。
  3. 调整语句的执行顺序并不能完全避免死锁,因此引入了死锁和死锁检测的概念。减少死锁的思路是,控制相同资源的并发事务量。
  4. 死锁检测只会发生在当一个事务被锁的时候,就要看看它所依赖的线程有没有被别人锁住,并不是任何一个事务启动就会做死锁检测。
  5. InnoDB update 如果没有走索引,InnoDB 内部是权标根据主键索引逐行扫描,逐行加锁,事务提交时统一释放。

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