一次 MySQL 線上死鎖分析實戰

是小桔啦發表於2021-02-23
MySql

關鍵詞：MySQL Index Merge

前言

MySQL 的鎖機制相信大家在學習 MySQL 的時候都有簡單的瞭解過，那既然有鎖就必定繞不開死鎖這個問題。其實 MySQL 在大部分場景下是不會存在死鎖問題的（比如併發量不高，SQL 寫得不至於太拉胯的情況），但是在高併發的業務場景下，一不注意就會產生死鎖，而這個死鎖分析起來也比較麻煩。

前段時間在公司實習的時候就遇到了一個比較奇怪的死鎖，之前一直沒來得及好好整理，最近有空復現了一下，算是積累一點經驗。

業務場景

簡單說一下業務背景，公司做的是電商直播，我負責的是主播端相關的業務。而這個死鎖就出現在主播後臺對商品資訊進行更新的時候。

我們的一個商品會有兩個關聯的 ID，通過其中任何一個 ID 都無法確定唯一一件商品（也就是說這個 ID 和商品是一對多的關係），只能同時查詢兩個 ID，才能確定一件商品。所以在更新商品資訊的時候，需要在 where 條件中同時指定兩個 ID，下面是死鎖 SQL 的結構（已脫敏）：

UPDATE test_table SET `name`="zhangsan" WHERE class_id = 10 AND teacher_id = 8;

這個 SQL 非常簡單，根據兩個等值條件，對一個欄位進行更新。

不知道你看到這個 SQL 會不會懵逼，按常理來說，應該是一個事務裡有多條 SQL 才會有可能出現死鎖，這一條 SQL 怎麼可能出現死鎖呢？

是的，我當時也有這樣的疑惑，甚至懷疑是不是報警系統瞎報（最後證明不是…），當時是真的摸不著頭腦。並且因為資料庫許可權的原因，想看死鎖日誌都看不到，又是臨近下班的時候，找 DBA 能麻煩死，所以就直接搜尋引擎走起了……（關鍵詞：update 死鎖 單條 sql），最後查出來是由於 MySQL 的索引合併優化導致的，即 Index Merge，下面會進行詳細講解並復現一下死鎖場景。

索引合併

Index Merge 是 MySQL 在 5.0 的時候引入的一項優化功能，主要是用於優化一條 SQL 使用多個索引的情況。

我們來看剛剛的 SQL，假設 class_id 和 teacher_id 分別是兩個普通索引：

UPDATE test_table SET `name`="zhangsan" WHERE class_id = 10 AND teacher_id = 8;

如果沒有 Index Merge 優化的時候，MySQL 查詢資料的步驟如下：

  • 根據 class_id 或 teacher_id （具體使用哪個索引由優化器根據實際資料情況自行判斷，這裡假設使用 class_id的索引）在二級索引上查詢到對應資料的主鍵 ID
  • 根據查詢到的主鍵 ID 進行回標查詢（即查詢聚簇索引），得到相應的資料行
  • 從資料行中獲取 teacher_id ，判斷其是否等於 8，滿足條件則返回

從這個過程中，不難看出，MySQL 只使用到了一個索引，至於為什麼不使用多個索引，簡單來說就是因為多個索引在多棵樹上，強行使用反而降低效能。

再來看看引入了 Index Merge 優化後，MySQL 查詢資料的步驟如下：

  • 根據 class_id 查詢到相應的主鍵，再根據主鍵回表查詢到對應的資料行（記為結果集 A）
  • 根據 teacher_id 查詢到相應的主鍵，再根據主鍵回表查詢到對應的資料行（記為結果集 B）
  • 將結果集 A 和結果集 B 執行交集操作，獲得最終滿足條件的結果集

這裡可以看出，有了 Index Merge 之後，MySQL 將一條 SQL 語句拆分成了兩個查詢步驟，分別使用兩個索引，再用交集操作優化效能。

死鎖分析

分析完了 Index Merge 的步驟，我們再回過頭想一下為什麼會出現死鎖呢？

還記得上面說的 Index Merge 將一條 SQL 查詢拆分成了兩個步驟嗎，問題就出現在這裡。我們知道 UPDATE 語句是會加上一個行級排他鎖的，在分析加鎖步驟之前，我們假設有如下一個資料表：

上表資料滿足我們文章開頭說的特點，根據 class_id 和 teacher_id 單個欄位均無法唯一確定一條資料，只能聯合兩個欄位，才能確定一條資料，並且設定 class_id 和 teacher_id 分別為兩個普通索引。

假設有如下兩條 SQL 語句併發執行，它們的引數完全不同，直覺告訴我們應該不會出現死鎖，但直覺往往是錯誤的：

// 執行緒 A 執行
UPDATE test_table SET `name`="zhangsan" WHERE class_id = 2 AND teacher_id = 1;

// 執行緒 B 執行
UPDATE test_table SET `name`="zhangsan" WHERE class_id = 1 AND teacher_id = 2;

那麼在 Index Merge 的優化下，併發執行如上 SQL 的時候，MySQL 的加鎖步驟如下：

最終，兩個事務互相等待，形成死鎖

解決方案

因為這個死鎖本質上還是由於 Index Merge 這個優化導致的，所以要解決這個場景的死鎖問題，本質上只要讓 MySQL 不走 Index Merge 優化即可。

方案一

手動將一條 SQL 拆分成多條 SQL，在邏輯層做交集操作，阻止 MySQL 的憨憨優化行為，比如這裡我們可以先根據 class_id 查詢到相應主鍵，再根據 teacher_id 查詢相應主鍵，最後根據交集後的主鍵查詢資料。

方案二

建立聯合索引，比如這裡可以將 class_id 和 teacher_id 建立一個聯合索引，MySQL 就不會走 Index Merge 了

方案三

強制走單個索引，在表名後新增 for index(class_id) 可以指定該語句僅走 class_id 索引

方案四

關閉 Index Merge 優化：

  • 永久關閉：SET [GLOBAL|SESSION] optimizer_switch='index_merge=off';
  • 臨時關閉：UPDATE /*+ NO_INDEX_MERGE(test_table) */ test_table SET name="zhangsan" WHERE class_id = 10 AND teacher_id = 8;

場景復現

資料準備

為了方便測試，這裡提供一個 SQL 指令碼，將其用 Navicat 匯入後即可得到需要的測試資料：

下載地址：https://cdn.juzibiji.top/file/index_merge_student.sql

匯入之後，我們會得到如下格式的 10000 條測試資料：

測試程式碼

由於篇幅限制，這裡僅給出程式碼 Gist 連結：https://gist.github.com/juzi214032/17c0f7a51bd8d1c0ab39fa203f930c60

上述程式碼主要是開啟 100 個執行緒執行我們的資料修改 SQL 語句，來模擬線上併發情況，在執行幾秒鐘後，我們會得到下面這樣一個報錯：

com.mysql.cj.jdbc.exceptions.MySQLTransactionRollbackException: Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction

這代表已經產生了死鎖異常

死鎖分析

上面我們用程式碼已經構造出了一個死鎖，接下來我們進入 MySQL 看看死鎖日誌，在 MySQL 中執行如下命令即可檢視死鎖日誌：

SHOW ENGINE INNODB STATUS;

在日誌中，我們找到 LATEST DETECTED DEADLOCK 這一行，這裡開始便是我們上次產生的死鎖，接下來我們開始分析。

通過第 29 行可以看到，事務 1 執行的 SQL 的條件是 class_id = 6 和 teacher_id = 16 ，它目前持有了一個行鎖，第 34~39 行是該行資料，34 行是主鍵的十六進位制表示，我們轉換為 10 進位制即為 1616。同樣的，看 45 行，其等待拿鎖的是主鍵 id 1517 的資料。

接下來用同樣的方法分析事務 2，可知事務 2 持有了 3 把鎖，分別是主鍵 id 為1317、1417、1517 的資料行，等待的是 1616 。

看到這裡我們就已經發現了，事務 1 持有 1616 等待 1517，事務 2 持有1517 等待 1616，所以形成了一個死鎖。此時 MySQL 的處理方法是回滾持有鎖最少的事務，並且 JDBC 會丟擲我們前面的 MySQLTransactionRollbackException 回滾異常。

總結

這個死鎖在排查的時候其實非常不好排查，如果你不知道 MySQL 的 Index Merge，那麼在排查的時候其實是毫無頭緒的，因為呈現在你面前的就只有一條非常簡單的 SQL，就算看死鎖日誌，也是一樣的不明所以。

所以處理這類問題，更多的還是考驗你的知識儲備量和經驗，只要遇到過一次，後面在寫 SQL 的時候多加註意就好了！

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