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高并发场景下的MySQL几类死锁事故案例分析

  • 其乐融融 发布于 2023-07-19
  • 分类：MySQL
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本文主要讲解MySQL中出现死锁的应用案例，以及相关的业务场景，不会纯讲理论，希望对这块感兴趣的朋友可以有所帮助。

什么是死锁

多个线程在访问某些资源的时候，需要等待对方释放彼此所需资源，而进入了等待互斥的状态。

通俗一些来说，A线程持有B锁，然后想要访问A锁，此时B线程持有A锁，想要访问B锁，这种情况下就容易出现死锁。

MySQL中锁的类型有哪些？

下边我们以用户消息表案例来进行说明：

CREATE TABLE `t_user_message` (
  `id` bigint unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_id` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '发信方id',
  `object_id` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '收信方id',
  `relation_id` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '关联id',
  `is_read` tinyint unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '是否已读（0未读，1已读）',
  `sid` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '消息条数',
  `status` tinyint unsigned NOT NULL DEFAULT '1' COMMENT '状态（0无效 1有效）',
  `content` varchar(1000) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '消息内容',
  `type` tinyint unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '类型（0文本，1语音，2图片，3视频，4表情，5分享链接）',
  `ext_json` varchar(1000) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '扩展字段',
  `create_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
  `update_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '更新时间',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_user_id` (`user_id`) USING BTREE COMMENT '发信方id索引',
  KEY `idx_object_id` (`object_id`) USING BTREE COMMENT '收信方id索引',
  KEY `idx_relation_id` (`relation_id`) USING BTREE COMMENT '关联id索引'
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8mb3 COLLATE=utf8_bin COMMENT='用户消息表';

按照锁的粒度来区分，可以分为以下两种：

行锁

只会锁住特定的行记录,例如下边这条sql：

select * from t_user_message where user_id=1001 for update;

表锁

会把整个表的数据给锁住，性能较差,例如下边这条sql：

select * from t_user_message  for update;

排它锁和共享锁的区别

共享锁

在多个事务里面都可以读取共享锁所锁住的内容。

排它锁

只能在一个事务里对同样的数据进行加锁，假设A事务对某行数据加入了排它锁之后，其他事务就无法再对该行记录加入排它锁。

关于排它锁和共享锁的使用

看到这里，你可能对共享锁和排它锁并不是理解得很彻底，那么先别着急，我们先从实战来加深下你对它的理解。

排它锁

在Innodb存储引擎中，常见的update，insert，delete这些sql都会默认加入上排他锁，而我们的select语句如果没有加入特殊关键字（下边会讲是什么样的特殊关键字） ，是不会加入排他锁的。

如果select语句希望加入排它锁，那么可以尝试以下方式：

使用 for update 关键字

select * from t_user_message  for update;

共享锁

在正常的select语句中，是不会有加锁的，例如下边这条sql：

select * from t_user_message;

这条sql在innodb中，默认是不会锁表，也不会锁行记录。如果你希望加上一把共享锁，那么可以尝试以下的这种写法：

使用 lock in share mode 关键字

select * from t_user_message lock in share mode;

lock in share mode 和 for update使用起来有什么区别？

来看看这个案例，我们准备了两个MySQL的会话窗口。

lock in share mode 测试

先来看会话A：会话A中，关闭了自动提交功能，然后执行这个lock in share mode的锁，此时它使用了共享锁锁住了全表的内容。

图片图片

再来看会话B：会话B中也是相同的，关闭自动提交后，执行lock in share mode的共享锁，发现依然可以正常查询，没有堵塞行为。

图片图片

这时候我们将会话B的当前事务先提交，然后在会话B中继续执行一条update语句（非事务状态下） ，要知道update是默认带了拍它锁的，此时因为我们的会话A没有commit，所以会话B的这条update操作会进入堵塞的状态，如下图：

图片图片

只有当会话A的事务执行完毕了，将lock in share mode的锁给释放掉，会话B才会继续执行。

for update测试

下边让我们来看看 for update 加锁的影响，会话A关闭了自动提交，然后执行了一条for update的sql，但是没有commit；此时我们的会话B也开始了同样的步骤，但是却卡住了。

图片图片

假如事务A一直都不提交的话，那么事务B最终会报出以下异常：

图片图片

[查询2中发生错误] Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

再来看看for update锁住的数据，对于其他会话的写操作有何影响。

如下图所示，我们的会话A依旧没有commit，但是此时会话B中尝试执行一次update操作，由于update默认带了排他锁，这条sql会锁表，所以和会话A中的for update锁出现了冲突，导致会话B一直处于堵塞状态。

图片图片

小总结

通过上述的几个测试，大家应该也有深刻的体会了，那么我们就来进行下总结，加深下印象。


lock in share mode 锁

for update 锁

多session读

不会堵塞，多个session可以读共同锁住的记录。

会堵塞，只能有一个session读取到锁住的记录，其他session的访问得等待。

多session写

会堵塞，任何写相关的操作都不行

会堵塞，任何写相关的操作都不行


看到这里，你应该对lock in share mode 和 for update 有一定了解了吧，但是这两种锁，光了解理论，其实还是不够的，需要有实战才能让你对它理解更加深刻，来看下边的案例。

lock in share mode使用不当，导致死锁

来看下边的这个业务场景：

假设我们有一个账户表，表结构如下：

CREATE TABLE `t_account` (
  `id` int unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_id` int DEFAULT NULL,
  `coin` int DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=2 DEFAULT CHARSET=utf8mb3 COLLATE=utf8_bin;

然后在业务操作上，我们的账户扣款和增款逻辑上的设计如下：

//开启一个事务操作
set autocommit=0;
begin;
//如果账户存在，才进行update，如果账户不存在，就得先insert
select * from t_account where user_id=111 lock in share mode;


//这里我们假设账户是存在的，那么就直接选择打款入账
update t_account set coin=coin+100 where user_id=111;


//记录到账户流水表中
INSERT INTO `transaction_log` (`id`, `business`, `foreign_key`)
VALUES (1, X'6F726465722D62697A', X'3234303938413535333031324444443044444137363036333744434233373834333643313138423441414332323236454644463430303034');


commit;

这里为了保证将账户流水记录和打款两个操作保证一致性，得加入一个本地事务去修饰。但是这段代码中使用了一个lock in share mode的关键字，这个关键字是为了避免在并发的情况下，对账户记录进行读的过程中，有其他地方对账户的coin值进行写的修改。

之所以可能会有其他地方对coin值进行额外的写操作，主要原因是因为系统业务中的老旧代码存在，重复造轮子，本来A服务中只有一处地方对账户进行修改操作，结果在B服务里，也有一段类似的代码修改，直接操作了数据库表，但是由于不好去调整那个服务的代码，所以暂时只能用 lock in share mode 操作去加锁。相比于for update锁来说，使用lock in share mode加锁，对于读的影响不大，所以早期设计的时候，没有考虑那么多，就直接用了它上线。并且上线之后并发度不高，暂时就没有发现什么问题。

看到这里，你可能感觉似乎这种设计没有什么问题，那么我们来看看下边的这个场景：

随着并发度的增加，我们将修改余额的这个操作，在A服务里面封装成为了一个方法，并且供各个地方进行调用。但是有一天，出现了这么一个业务场景：

在RocketMQ的消费方，会对用户的账户进行打款操作。在这个消费方的代码中，同一个userId的消息会有许多条，而且是同一时刻的大量并发消费，这就意味着，同一时刻会有大量的请求调用这个打款的操作，而且是并发，同一个userId。那么这种情况下，我们的 lock in share mode会发生什么样的情况呢 -- 死锁。

来看下图：

图片图片

由于我们的线程A持有了锁，线程B也持有了锁，但是它们接下来的update操作，都是得等对方将共享锁释放后才可以继续执行，所以就发生了死锁的场景。

图片图片

如何解决上述的lock in share mode死锁

那么我们如何却避免上边的场景发生呢，这里我给出以下两种思路。

不用锁，提升事务隔离级别为读已提交

//开启一个事务操作
set autocommit=0;


//如果账户存在，才进行update，如果账户不存在，就得先insert
select * from t_account where user_id=111;


//这里我们假设账户是存在的，那么就直接选择打款入账
update t_account set coin=coin+100,version=version+1 where user_id=111;


//记录到账户流水表中
INSERT INTO `transaction_log` (`id`, `business`, `foreign_key`)
VALUES (1, X'6F726465722D62697A', X'3234303938413535333031324444443044444137363036333744434233373834333643313138423441414332323236454644463430303034');


commit;


去掉使用lock in share mode，使用乐观锁。

例如加入一个version字段，那么我们在执行账户扣款的时候，加入version的判断。例如：

//开启一个事务操作
set autocommit=0;


//如果账户存在，才进行update，如果账户不存在，就得先insert
select * from t_account where user_id=111 and version=#{version};


//这里我们假设账户是存在的，那么就直接选择打款入账
update t_account set coin=coin+100,version=version+1 where user_id=111 and version=#{version};


//记录到账户流水表中
INSERT INTO `transaction_log` (`id`, `business`, `foreign_key`)
VALUES (1, X'6F726465722D62697A', X'3234303938413535333031324444443044444137363036333744434233373834333643313138423441414332323236454644463430303034');


commit;

这里要注意，当同时两个会话针对同一行数据执行上述更新操作的时候，可能会导致同一行的记录被锁，所以我们在进行update的时候，可以用一个version字段去管理。但是这种设计，可能会导致一次更新失败，需要进行重试，因此并发量高的情况下，容易对MySQL造成较大的压力。

引入分布式锁

直接在业务层引入一把分布式锁，这种思路比较暴力，但是确实有效。

其实只要我们的select类型的sql中进行显示加锁，就有可能会有死锁情况发生，所以建议大家使用的时候谨慎。

行锁的几种类型

  • Record Lock（记录锁）：单个行记录上的锁。这个也是我们日常认为的行锁。
  • Gap Lock（间隙锁）：间隙锁，锁定一个范围，但不包括记录本身（只不过它的锁粒度比记录锁的锁整行更大一些，他是锁住了某个范围内的多个行，包括根本不存在的数据）。GAP锁的目的，是为了防止同一事务的两次当前读，出现幻读的情况。该锁只会在隔离级别是RR或者以上的级别内存在。间隙锁的目的是为了让其他事务无法在间隙中新增数据。
  • Next-Key Lock（临键锁）：它是记录锁和间隙锁的结合，锁定一个范围，并且锁定记录本身。对于行的查询，都是采用该方法，主要目的是解决幻读的问题。next-key锁是InnoDB默认的锁，该锁也只会在隔离级别是RR或者以上的级别内存在。

行锁的事故案例

消息数据更新设计不当，导致出现Record Lock死锁

这里我们需要先了解下消息记录表的结构；

CREATE TABLE `t_user_message` (
  `id` bigint unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_id` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '发信方id',
  `object_id` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '收信方id',
  `relation_id` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '关联id',
  `is_read` tinyint unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '是否已读（0未读，1已读）',
  `sid` int unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '消息条数',
  `status` tinyint unsigned NOT NULL DEFAULT '1' COMMENT '状态（0未审核 1审核失败 2审核通过）',
  `content` varchar(1000) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '消息内容',
  `type` tinyint unsigned NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '类型（0文本，1语音，2图片，3视频，4表情，5分享链接）',
  `ext_json` varchar(1000) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_bin NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '扩展字段',
  `create_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '创建时间',
  `update_time` datetime NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '更新时间',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_user_id` (`user_id`) USING BTREE COMMENT '发信方id索引',
  KEY `idx_object_id` (`object_id`) USING BTREE COMMENT '收信方id索引',
  KEY `idx_relation_id` (`relation_id`) USING BTREE COMMENT '关联id索引'
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=100015 DEFAULT CHARSET=utf8mb3 COLLATE=utf8_bin COMMENT='用户消息表';

假设我们的会话A执行了以下事务操作：

START TRANSACTION;


//更新用户的消息状态，从未读变为已读
update t_user_message set is_read=1 where user_id=1003 and object_id=1004;
//...中间有些别的业务操作
update t_user_message set is_read=1 where user_id=1001 and object_id=1002;


commit;

而此时我们的会话B在执行一个异步的消息是否合法的检测工作，具体操作如下：

set autocommit=0;
START TRANSACTION;


//定时任务更新用户的消息审核状态，从未审核变为审核通过
update t_user_message set status=2 where user_id=1001 and object_id=1002;
//...中间有些别的业务操作
update t_user_message set status=2 where user_id=1003 and object_id=1004;


commit;

这两个事务如果并发执行，并发度高的情况下，可能会出现死锁情况，死锁产生的步骤如下图所示：

图片图片

一般遇到这类情况，我们都会推荐在进行更新的时候，尽可能的避免死锁条件发生，例如调整sql的执行顺序。例如变更为如下操作：

图片图片

另外，调整顺序后，尽量将本地事务的颗粒度控制到最小，减少因为加锁堵塞带来的性能问题。

间隙锁堵塞案例分析

首先我们要将当前会话的事务隔离级别设置为可重复读：

set SESSION transaction ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;

如果你想确认当前的会话的事务隔离级别，那么可以使用以下命令去查询：

SELECT @@transaction_isolation; （mysql8.0语法）
 SELECT @@tx_isolation; （mysql5.7语法）

还是针对我们的消息表t_user_message，在某些高并发场景下，如果使用可重复读的话，尤其是事务场景中，出现死锁的概率会加大。例如下边这个场景：

事务1中，对消息表的可读状态进行修改，修改的是记录表中的前3条数据，由于是可重复读，以及非唯一索引user_id和object_id所以这里会锁住的是(0,100011]这个区间的id记录，也就是说只要我们更新的行是超过了100011 id的都没问题。

图片图片

但是假设此时有个插入请求，打算往100009之前写入一条记录的话，就会出现间隙锁堵塞的问题，例如下图所示：

图片图片

产生间隙锁的原因

1.使用了update，delete，selecct... for update相关操作

2.使用了可重复读的隔离级别

3.在执行update/delete/select ... for update操作之后，在对应的间隙中插入了新的数据（注意是insert了新的数据才会有间隙锁问题产生)。

MySQL中的死锁检测

在mysql5.7、mysql5.8等5系版本中

查看死锁代码是

select * from information_schema.innodb_locks;

查看等待锁的代码

select * from information_schema.innodb_lock_waits

但是要注意，在mysql 8.0中查看死锁代码变了，如果继续用5.7的代码会提示报错

Unknown table ‘INNODB_LOCKS’ in information_schema

所以在8.0使用以下代码

查看死锁

select * from performance_schema.data_locks;

查看死锁等待时间

select * from performance_schema.data_lock_waits;


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标签：MySQL   锁   线程
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