【MySQL实战45讲7】行锁功过

Posted on 2024-10-06 Edited on 2024-11-03 In 学习 Views:

前言

主要来聊聊 InnoDB 的行锁，以及如何通过减少锁冲突来提升业务并发度。

行锁

不是所有的引擎都支持行锁，比如MyISAM引擎就不支持行锁，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，行锁就是针对数据库中行记录的锁。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。

从两阶段锁说起

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

事务A	事务B
`begin;` `update t set k=k+1 where id=1;` `update t set k=k+1 where id=2;`
	`begin;` `update t set k=k+2 where id=1;`
`commit;`

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。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。

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。这就是两阶段锁协议。也就是说，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。

假设实现一个电影票在线交易业务，顾客 A 要在影院 B 购买电影票。简化一点，这个业务需要涉及到以下操作：

从顾客 A 账户余额中扣除电影票价；
给影院 B 的账户余额增加这张电影票价；
记录一条交易日志。

也就是说，要完成这个交易，需要 update 两条记录，并 insert 一条记录。当然，为了保证交易的原子性，要把这三个操作放在一个事务中。那么，怎样安排这三个语句在事务中的顺序呢？

试想如果同时有另外一个顾客 C 要在影院 B 买票，那么这两个事务冲突的部分就是语句 2 了。因为它们要更新同一个影院账户的余额，需要修改同一行数据。

根据两阶段锁协议，不论怎样安排语句顺序，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，那么影院账户余额这一行的锁时间就最少。这就最大程度地减少了事务之间的锁等待，提升了并发度。

死锁和死锁检测

更进一步，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。于是在活动开始的时候，MySQL就挂了。一登上服务器一看，CPU消耗接近100%，但整个数据库每秒就执行不到100个事务，原因是什么呢？这就是死锁了。

这里用数据库中的行锁来举个例子：

事务A	事务B
`begin;` `update t set k=k+1 where id=1;`	`begin;`
	`update t set k=k+1 where id=2;`
`update t set k=k+1 where id=2;`
	`update t set k=k+1 where id=1;`

这时候，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，就是进入了死锁状态。当出现死锁以后，有两种策略：

一种策略是，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。
另一种策略是，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。

对于第一种策略，设置时间太长对于在线服务是无法容忍的，太短，又可能误伤类似锁等待的情况，所以，正常情况下，使用第二种策略。

但是第二种策略也是有额外负担的，可以想象一下这个过程：每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，如此循环，最后判断是否出现了循环等待，也就是死锁。那如果上面说到的所有事务都要更新同一行的场景呢？

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，CPU 利用率很高，但是每秒却执行不了几个事务。

怎么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。

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。
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。
可以考虑通过将一行改成逻辑上的多行来减少锁冲突。还是以影院账户为例，可以考虑放在多条记录上，比如 10 个记录，影院的账户总额等于这 10 个记录的值的总和。这样每次要给影院账户加金额的时候，随机选其中一条记录来加。这样每次冲突概率变成原来的 1/10，可以减少锁等待个数，也就减少了死锁检测的 CPU 消耗。