MySQL高阶讲座之：`MySQL`的`Lock Wait Timeout`：其根源诊断与`Redo Log`、`Undo Log`的关系。

各位观众老爷，大家好！今天咱们聊聊MySQL里一个让人头疼，却又不得不面对的问题：Lock Wait Timeout。这玩意儿就像便秘，不致命，但是难受啊！咱们不但要搞清楚它怎么来的，还要追根溯源，看看它和Redo Log、Undo Log之间，到底有没有什么不清不楚的关系。

一、什么是Lock Wait Timeout？

简单来说，Lock Wait Timeout就是MySQL在等待一个锁释放的时候，所允许的最长时间。超过这个时间，MySQL就会放弃等待，并抛出一个错误：ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction。

这就像你去饭馆吃饭，前面排了一大堆人，你耐心等啊等，结果服务员告诉你：“不好意思，这位爷，您等太久了，我们不等了，您换一家吧！” 顿时心里一万只草泥马奔腾。

MySQL默认的innodb_lock_wait_timeout是50秒。 这个时间，说长不长，说短也不短。但是在高并发的场景下，50秒足够让你的应用崩溃好几次了。

二、Lock Wait Timeout的根源：锁竞争！

Lock Wait Timeout的根本原因就是锁竞争。 多个事务争抢同一个资源（比如同一行数据），其中一个事务获得了锁，其他事务就必须等待。如果等待时间超过了innodb_lock_wait_timeout，就会触发Lock Wait Timeout。

锁竞争的场景有很多，常见的有：

• 并发更新同一行数据： 多个事务同时尝试更新同一行数据，会导致行锁竞争。
• 长事务： 一个事务持有锁的时间过长，导致其他事务长时间等待。
• 死锁： 两个或多个事务互相等待对方释放锁，导致所有事务都无法继续执行。

三、 锁的类型： 你瞅啥？瞅你咋地！

MySQL InnoDB 存储引擎，锁的类型主要分为两大类：

• 共享锁（Shared Lock，S Lock）： 也叫读锁。多个事务可以同时持有同一个资源的共享锁，允许并发读取数据。
• 排他锁（Exclusive Lock，X Lock）： 也叫写锁。只有一个事务可以持有同一个资源的排他锁，用于独占访问，防止其他事务修改数据。

这两种锁的兼容性如下表所示：

	共享锁 (S)	排他锁 (X)
共享锁 (S)	兼容	不兼容
排他锁 (X)	不兼容	不兼容

也就是说：

• 多个事务可以同时持有同一个资源的共享锁。
• 排他锁与其他任何锁都不兼容，包括共享锁和排他锁。

四、死锁： 锁竞争的究极形态

死锁是锁竞争的一种特殊情况，也是最棘手的一种。 它指的是两个或多个事务互相等待对方释放锁，导致所有事务都无法继续执行的局面。

举个例子：

• 事务 A 持有表 T1 的锁，想要获取表 T2 的锁。
• 事务 B 持有表 T2 的锁，想要获取表 T1 的锁。

这样，事务 A 和事务 B 就陷入了互相等待的死循环，谁也无法继续执行。

如何检测死锁？

MySQL 提供了几种方式来检测死锁：

• SHOW ENGINE INNODB STATUS： 这个命令会显示 InnoDB 引擎的详细状态信息，包括死锁信息。 死锁信息会在 LATEST DETECTED DEADLOCK 部分显示。
• innodb_print_all_deadlocks： 设置这个参数为 ON，MySQL 会将死锁信息记录到错误日志中。
• performance_schema： 使用 performance_schema 可以更详细地监控锁的等待情况，并检测死锁。

如何避免死锁？

• 避免长事务： 尽量将事务拆分成更小的事务，减少锁的持有时间。
• 按照固定的顺序访问资源： 确保所有事务都按照相同的顺序访问资源，避免循环等待。
• 使用较低的隔离级别： 较低的隔离级别可以减少锁的竞争，但也可能导致数据不一致。
• 设置innodb_lock_wait_timeout： 设置一个合理的超时时间，防止事务无限期地等待锁。 默认的50秒对于一些场景来说，可能还是太长了。
• 开启死锁检测： MySQL 可以自动检测死锁，并回滚其中一个事务，释放锁。

五、Redo Log、Undo Log和Lock Wait Timeout的关系

现在，我们来聊聊Redo Log、Undo Log和Lock Wait Timeout之间的关系。 这三者虽然看起来毫不相干，但实际上却紧密相连。

• Redo Log（重做日志）： 用于保证事务的持久性（Durability）。它记录了事务对数据页所做的修改，即使数据库崩溃，也可以通过重做日志将数据恢复到一致的状态。
• Undo Log（回滚日志）： 用于保证事务的原子性（Atomicity）和一致性（Consistency）。它记录了事务修改数据之前的状态，如果事务需要回滚，可以通过回滚日志将数据恢复到原始状态。

它们如何影响Lock Wait Timeout？

1. 长事务与锁的持有：

   • 如果一个事务很长，意味着它会持有锁很长时间。
   • 在这个事务执行期间，Redo Log会不断记录数据页的修改。
   • 同时，Undo Log也会记录修改前的状态，以便回滚。
   • 如果其他事务需要访问被该长事务锁定的数据，就会进入等待状态，如果等待时间超过innodb_lock_wait_timeout，就会触发超时。
   • 重点： 长事务占用锁的时间越长，导致Lock Wait Timeout的风险就越高。

2. 回滚操作与锁的释放：

   • 如果一个事务因为Lock Wait Timeout或其他原因需要回滚，Undo Log就会派上用场。
   • 回滚过程中，MySQL 需要将数据恢复到事务开始之前的状态，这可能需要访问被锁定的数据。
   • 在回滚过程中，仍然需要获取锁，这也会导致锁竞争。
   • 重点： 回滚操作本身也可能因为锁竞争而阻塞，甚至导致更长的等待时间。
   • 举个例子： 事务A更新了一行数据，但是还没提交，此时事务B也尝试更新同一行数据，进入等待状态，超时了，事务B被回滚。 事务A也因为某些原因需要回滚，但是此时，事务C又尝试更新同一行数据，事务A的回滚操作也需要等待事务C释放锁。

3. Redo Log的写入与锁的释放：

   • Redo Log的写入通常是在事务提交之前完成的，这意味着在事务提交之前，锁仍然会被持有。
   • 如果Redo Log的写入速度较慢，或者因为磁盘IO瓶颈导致写入延迟，那么锁的持有时间就会更长，Lock Wait Timeout的风险也会更高。
   • 重点： 优化Redo Log的写入性能，可以缩短锁的持有时间，降低Lock Wait Timeout的概率。
   • 举个例子： 如果你的磁盘IO性能很差，Redo Log写入速度很慢，事务A更新数据后，需要等待很长时间才能将Redo Log写入磁盘，在这段时间内，事务A仍然持有锁，如果事务B尝试访问同一行数据，就可能触发Lock Wait Timeout。

六、 案例分析

我们来模拟一个Lock Wait Timeout的场景，并分析如何通过Redo Log和Undo Log来理解这个问题。

假设我们有两张表：users和orders。

CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(255),
    balance DECIMAL(10, 2)
);

CREATE TABLE orders (
    id INT PRIMARY KEY,
    user_id INT,
    amount DECIMAL(10, 2),
    FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id)
);

INSERT INTO users (id, name, balance) VALUES (1, 'Alice', 1000.00);
INSERT INTO orders (id, user_id, amount) VALUES (1, 1, 100.00);

现在，我们模拟两个并发事务：

事务A：

-- 事务A
START TRANSACTION;
UPDATE users SET balance = balance - 200.00 WHERE id = 1;
-- 模拟一个耗时的操作，比如调用外部接口
SELECT SLEEP(60); -- 睡眠60秒
UPDATE orders SET amount = amount + 50.00 WHERE user_id = 1;
COMMIT;

事务B：

-- 事务B
START TRANSACTION;
UPDATE users SET balance = balance + 100.00 WHERE id = 1;
COMMIT;

在这个场景中，事务A首先更新了users表的balance字段，并持有了该行的锁。 然后，它模拟了一个耗时的操作，导致锁被长时间持有。 事务B尝试更新同一行数据，由于锁被事务A持有，事务B进入等待状态。 如果等待时间超过innodb_lock_wait_timeout，事务B就会触发Lock Wait Timeout。

分析：

• 事务A中的SELECT SLEEP(60)模拟了一个耗时的操作，导致锁被长时间持有。
• 在事务A持有锁期间，Redo Log会记录users表的balance字段的修改。
• Undo Log会记录修改前的balance值，以便回滚。
• 如果事务B触发了Lock Wait Timeout，Undo Log会用于回滚事务B所做的修改（如果事务B已经开始执行）。
• 如果事务A因为其他原因需要回滚，Undo Log会用于将users表的balance字段恢复到原始值。

如何解决这个问题？

• 减少事务A的耗时操作： 优化外部接口的调用，或者将耗时操作移到事务之外。
• 缩短innodb_lock_wait_timeout： 设置一个更短的超时时间，防止事务长时间等待。 但是，这可能会导致更多的事务被回滚，需要权衡。
• 使用乐观锁： 避免使用悲观锁，使用乐观锁来减少锁的竞争。

七、代码实战： 模拟死锁并检测

我们来模拟一个死锁的场景，并使用MySQL提供的工具来检测死锁。

-- 会话 1
START TRANSACTION;
UPDATE users SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
SELECT SLEEP(5); -- 模拟等待
UPDATE orders SET amount = amount + 50 WHERE user_id = 1;

-- 会话 2
START TRANSACTION;
UPDATE orders SET amount = amount + 50 WHERE user_id = 1;
SELECT SLEEP(5); -- 模拟等待
UPDATE users SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;

在这个场景中，会话1首先更新了users表，然后尝试更新orders表。 会话2首先更新了orders表，然后尝试更新users表。 由于两个会话按照不同的顺序访问资源，导致了死锁。

如何检测死锁？

1. SHOW ENGINE INNODB STATUS：

   执行这个命令，可以在 LATEST DETECTED DEADLOCK 部分看到死锁信息。

2. innodb_print_all_deadlocks：

   设置 innodb_print_all_deadlocks = ON，MySQL 会将死锁信息记录到错误日志中。

八、 总结

Lock Wait Timeout 是一个复杂的，但又非常重要的概念。 深入理解它的根源，以及它与Redo Log、Undo Log之间的关系，可以帮助我们更好地诊断和解决锁竞争问题，提高MySQL的性能和稳定性。

记住，避免Lock Wait Timeout的关键在于：

• 减少锁的持有时间。
• 避免长事务。
• 按照固定的顺序访问资源。
• 合理设置innodb_lock_wait_timeout。
• 开启死锁检测。
• 优化Redo Log的写入性能。

希望今天的讲座对大家有所帮助！ 下次再见！