剖析6個MySQL死鎖案例的原因以及死鎖預防策略

fly1north發表於2021-04-22
MySql

MySQL 死鎖是面試常問問題，金三銀四，所以最近面試相關的文章比較多，本文章是總結的一波死鎖問題，和大家分享一下。

MySQL有三種鎖的級別：頁級、表級、行級。
表級鎖：開銷小，加鎖快；不會出現死鎖；鎖定粒度大，發生鎖衝突的概率最高,併發度最低。
行級鎖：開銷大，加鎖慢；會出現死鎖；鎖定粒度最小，發生鎖衝突的概率最低,併發度也最高。
頁面鎖：開銷和加鎖時間界於表鎖和行鎖之間；會出現死鎖；鎖定粒度界於表鎖和行鎖之間，併發度演算法：

  • next KeyLocks鎖，同時鎖住記錄(資料)，並且鎖住記錄前面的Gap
  • Gap鎖，不鎖記錄，僅僅記錄前面的Gap
  • Recordlock鎖（鎖資料，不鎖Gap）
  • 所以其實 Next-KeyLocks=Gap鎖+ Recordlock鎖
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產生原因

所謂死鎖<DeadLock>：是指兩個或兩個以上的程式在執行過程中,因爭奪資源而造成的一種互相等待的現象,若無外力作用，它們都將無法推進下去.此時稱系統處於死鎖狀態或系統產生了死鎖，這些永遠在互相等待的程式稱為死鎖程式。表級鎖不會產生死鎖.所以解決死鎖主要還是針對於最常用的InnoDB。死鎖的關鍵在於：兩個(或以上)的Session加鎖的順序不一致。那麼對應的解決死鎖問題的關鍵就是：讓不同的session加鎖有次序

產生示例

案例一

需求：將投資的錢拆成幾份隨機分配給借款人。起初業務程式思路是這樣的：投資人投資後，將金額隨機分為幾份，然後隨機從借款人表裡面選幾個，然後通過一條條 select for update 去更新借款人表裡面的餘額等。例如兩個使用者同時投資，A 使用者金額隨機分為 2 份，分給借款人 1，2，B 使用者金額隨機分為 2 份，分給借款人 2，1。由於加鎖的順序不一樣，死鎖當然很快就出現了。對於這個問題的改進很簡單，直接把所有分配到的借款人直接一次鎖住就行了。

Select * from xxx where id in (xx,xx,xx) for update

在 in 裡面的列表值 mysql 是會自動從小到大排序，加鎖也是一條條從小到大加的鎖
例如（以下會話id為主鍵）：

Session1:
mysql> select * from t3 where id in (8,9) for update;
+----+--------+------+---------------------+
| id | course | name | ctime |
+----+--------+------+---------------------+
|  8 | WA | f | 2016-03-02 11:36:30 |
| 9 | JX | f | 2016-03-01 11:36:30 |
+----+--------+------+---------------------+
rows in set (0.04 sec)
Session2:
select * from t3 where id in (10,8,5) for update;

鎖等待中 … 其實這個時候 id=10 這條記錄沒有被鎖住的，但 id=5 的記錄已經被鎖住了，鎖的等待在id=8的這裡
不信請看:

Session3:
mysql> select * from t3 where id=5 for update;

鎖等待中

Session4:
mysql> select * from t3 where id=10 for update;
+----+--------+------+---------------------+
| id | course | name | ctime |
+----+--------+------+---------------------+
| 10 | JB | g | 2016-03-10 11:45:05 |
+----+--------+------+---------------------+
row in set (0.00 sec)

在其它session中id=5是加不了鎖的，但是id=10是可以加上鎖的。

案例二

在開發中，經常會做這類的判斷需求：根據欄位值查詢（有索引），如果不存在，則插入；否則更新。

以id為主鍵為例，目前還沒有id=22的行

Session1:
select * from t3 where id=22 for update;
Empty set (0.00 sec)

session2:
select * from t3 where id=23  for update;
Empty set (0.00 sec)

Session1:
insert into t3 values(22,'ac','a',now());
鎖等待中……

Session2:
insert into t3 values(23,'bc','b',now());
ERROR 1213 (40001): Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction

當對存在的行進行鎖的時候(主鍵)，mysql就只有行鎖。當對未存在的行進行鎖的時候(即使條件為主鍵)，mysql是會鎖住一段範圍（有gap鎖）

鎖住的範圍為：無窮小或小於表中鎖住id的最大值，無窮大或大於表中鎖住id的最小值,如：如果表中目前有已有的id為（11 ， 12）,那麼就鎖住（12，無窮大）。如果表中目前已有的id為（11 ， 30），那麼就鎖住（11，30）對於這種死鎖的解決辦法是：insert into t3(xx,xx) on duplicate key update xx=’XX’;用mysql特有的語法來解決此問題。因為insert語句對於主鍵來說，插入的行不管有沒有存在，都會只有行鎖

案例三

mysql> select * from t3 where id=9 for update;
+----+--------+------+---------------------+
| id | course | name | ctime |
+----+--------+------+---------------------+
| 9 | JX | f | 2016-03-01 11:36:30 |
+----+--------+------+---------------------+

row in set (0.00 sec)
Session2:
mysql> select * from t3 where id<20 for update;
鎖等待中

Session1:
mysql> insert into t3 values(7,'ae','a',now());
ERROR 1213 (40001): Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction

這個跟案例一其它是差不多的情況，只是session1不按常理出牌了， Session2在等待Session1的id=9的鎖，session2又持了1到8的鎖（注意9到19的範圍並沒有被session2鎖住），最後，session1在插入新行時又得等待session2,故死鎖發生了。

這種一般是在業務需求中基本不會出現，因為你鎖住了id=9，卻又想插入id=7的行，這就有點跳了，當然肯定也有解決的方法，那就是重理業務需求，避免這樣的寫法。

案例四

一般的情況，兩個session分別通過一個sql持有一把鎖，然後互相訪問對方加鎖的資料產生死鎖。

案例五

兩個單條的sql語句涉及到的加鎖資料相同，但是加鎖順序不同，導致了死鎖。

案例六

死鎖場景如下：

CREATE TABLE dltask (
    id bigint unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT ‘auto id’,
    a varchar(30) NOT NULL COMMENT ‘uniq.a’,
    b varchar(30) NOT NULL COMMENT ‘uniq.b’,
    c varchar(30) NOT NULL COMMENT ‘uniq.c’,
    x varchar(30) NOT NULL COMMENT ‘data’, 
    PRIMARY KEY (id),
    UNIQUE KEY uniq_a_b_c (a, b, c)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT=’deadlock test’;

a，b，c三列，組合成一個唯一索引，主鍵索引為id列。

事務隔離級別：

RR (Repeatable Read)

每個事務只有一條SQL:

delete from dltask where a=? and b=? and c=?;

SQL的執行計劃

死鎖日誌

眾所周知，InnoDB上刪除一條記錄，並不是真正意義上的物理刪除，而是將記錄標識為刪除狀態。(注：這些標識為刪除狀態的記錄，後續會由後臺的Purge操作進行回收，物理刪除。但是，刪除狀態的記錄會在索引中存放一段時間。) 在RR隔離級別下，唯一索引上滿足查詢條件，但是卻是刪除記錄，如何加鎖？

InnoDB在此處的處理策略與前兩種策略均不相同，或者說是前兩種策略的組合：對於滿足條件的刪除記錄，InnoDB會在記錄上加next key lock X(對記錄本身加X鎖，同時鎖住記錄前的GAP，防止新的滿足條件的記錄插入。) Unique查詢，三種情況，對應三種加鎖策略，總結如下：

此處，我們看到了next key鎖，是否很眼熟？對了，前面死鎖中事務1，事務2處於等待狀態的鎖，均為next key鎖。明白了這三個加鎖策略，其實構造一定的併發場景，死鎖的原因已經呼之欲出。但是，還有一個前提策略需要介紹，那就是InnoDB內部採用的死鎖預防策略。

  • 找到滿足條件的記錄，並且記錄有效，則對記錄加X鎖，No Gap鎖(lock_mode X locks rec but not gap)；
  • 找到滿足條件的記錄，但是記錄無效(標識為刪除的記錄)，則對記錄加next key鎖(同時鎖住記錄本身，以及記錄之前的Gap：lock_mode X);
  • 未找到滿足條件的記錄，則對第一個不滿足條件的記錄加Gap鎖，保證沒有滿足條件的記錄插入(locks gap before rec)；

InnoDB引擎內部(或者說是所有的資料庫內部)，有多種鎖型別：事務鎖(行鎖、表鎖)，Mutex(保護內部的共享變數操作)、RWLock(又稱之為Latch，保護內部的頁面讀取與修改)。

InnoDB每個頁面為16K，讀取一個頁面時，需要對頁面加S鎖，更新一個頁面時，需要對頁面加上X鎖。任何情況下，操作一個頁面，都會對頁面加鎖，頁面鎖加上之後，頁面記憶體儲的索引記錄才不會被併發修改。

因此，為了修改一條記錄，InnoDB內部如何處理：

  • 根據給定的查詢條件，找到對應的記錄所在頁面；
  • 對頁面加上X鎖(RWLock)，然後在頁面內尋找滿足條件的記錄；
  • 在持有頁面鎖的情況下，對滿足條件的記錄加事務鎖(行鎖：根據記錄是否滿足查詢條件，記錄是否已經被刪除，分別對應於上面提到的3種加鎖策略之一)；

死鎖預防策略：相對於事務鎖，頁面鎖是一個短期持有的鎖，而事務鎖(行鎖、表鎖)是長期持有的鎖。因此，為了防止頁面鎖與事務鎖之間產生死鎖。InnoDB做了死鎖預防的策略：持有事務鎖(行鎖、表鎖)，可以等待獲取頁面鎖；但反之，持有頁面鎖，不能等待持有事務鎖。

根據死鎖預防策略，在持有頁面鎖，加行鎖的時候，如果行鎖需要等待。則釋放頁面鎖，然後等待行鎖。此時，行鎖獲取沒有任何鎖保護，因此加上行鎖之後，記錄可能已經被併發修改。因此，此時要重新加回頁面鎖，重新判斷記錄的狀態，重新在頁面鎖的保護下，對記錄加鎖。如果此時記錄未被併發修改，那麼第二次加鎖能夠很快完成，因為已經持有了相同模式的鎖。但是，如果記錄已經被併發修改，那麼，就有可能導致本文前面提到的死鎖問題。

以上的InnoDB死鎖預防處理邏輯，對應的函式，是row0sel.c::row_search_for_mysql()。感興趣的朋友，可以跟蹤除錯下這個函式的處理流程，很複雜，但是集中了InnoDB的精髓。

做了這麼多鋪墊，有了Delete操作的3種加鎖邏輯、InnoDB的死鎖預防策略等準備知識之後，再回過頭來分析本文最初提到的死鎖問題，就會手到拈來，事半而功倍。

首先，假設dltask中只有一條記錄：(1, ‘a’, ‘b’, ‘c’, ‘data’)。三個併發事務，同時執行以下的這條SQL：

delete from dltask where a=’a’ and b=’b’ and c=’c’;

並且產生了以下的併發執行邏輯，就會產生死鎖：

上面分析的這個併發流程，完整展現了死鎖日誌中的死鎖產生的原因。其實，根據事務1步驟6，與事務0步驟3/4之間的順序不同，死鎖日誌中還有可能產生另外一種情況，那就是事務1等待的鎖模式為記錄上的X鎖 + No Gap鎖(lock_mode X locks rec but not gap waiting)。這第二種情況，也是”潤潔”同學給出的死鎖用例中，使用MySQL 5.6.15版本測試出來的死鎖產生的原因。此類死鎖，產生的幾個前提：

  • Delete操作，針對的是唯一索引上的等值查詢的刪除；(範圍下的刪除，也會產生死鎖，但是死鎖的場景，跟本文分析的場景，有所不同)
  • 至少有3個(或以上)的併發刪除操作；
  • 併發刪除操作，有可能刪除到同一條記錄，並且保證刪除的記錄一定存在；
  • 事務的隔離級別設定為Repeatable Read，同時未設定innodb_locks_unsafe_for_binlog引數(此引數預設為FALSE)；(Read Committed隔離級別，由於不會加Gap鎖，不會有next key，因此也不會產生死鎖)
  • 使用的是InnoDB儲存引擎；(廢話！MyISAM引擎根本就沒有行鎖)
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