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MySQL事务与并发之：`事务`的`死锁`日志：如何使用`SHOW ENGINE INNODB STATUS`分析死锁日志。

MySQL事务与并发之：事务的死锁日志分析

各位同学，大家好！今天我们来深入探讨MySQL事务并发控制中一个非常重要的问题：死锁。死锁是数据库系统中并发控制的常见问题，理解死锁的产生原因和如何分析死锁日志对于保证数据库的稳定性和性能至关重要。我们将重点讲解如何使用 SHOW ENGINE INNODB STATUS 命令来分析死锁日志，并给出一些避免死锁的建议。

1. 死锁的概念与产生原因

死锁是指两个或多个事务在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，如果没有外部干预，这些事务将永远处于阻塞状态。

产生死锁的必要条件：

  1. 互斥条件： 资源一次只能被一个事务占用。
  2. 占有且等待条件： 事务已经占有一些资源，但同时还在请求其他事务占有的资源。
  3. 不可剥夺条件： 事务已经获得的资源，在未使用完之前，不能被其他事务强行剥夺。
  4. 循环等待条件： 存在一个事务资源的循环等待链，例如：事务 A 等待事务 B 释放资源，事务 B 等待事务 C 释放资源，事务 C 又等待事务 A 释放资源。

举例说明：

假设有两个事务 T1 和 T2，表 accounts 有两行数据，id=1 和 id=2。

  • 事务 T1：

    START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT;

  • 事务 T2：

    START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
COMMIT;

如果 T1 先执行了 UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1; 并获得了 id=1 行的锁，然后 T2 执行了 UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2; 并获得了 id=2 行的锁。 此时，T1 尝试执行 UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2; 需要等待 T2 释放 id=2 行的锁，而 T2 尝试执行 UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1; 需要等待 T1 释放 id=1 行的锁，这就形成了一个循环等待，导致死锁。

2. 如何查看死锁日志：SHOW ENGINE INNODB STATUS

MySQL 提供 SHOW ENGINE INNODB STATUS 命令来查看 InnoDB 引擎的状态信息，其中包括死锁日志。 死锁日志会详细记录死锁发生的时间、涉及的事务、锁信息、SQL 语句等，是分析死锁原因的重要依据。

如何执行 SHOW ENGINE INNODB STATUS：

在 MySQL 客户端中执行以下命令：

SHOW ENGINE INNODB STATUS;

该命令会返回大量的文本信息，我们需要关注其中的 LATEST DETECTED DEADLOCK 部分。

死锁日志的关键信息解读：

下面是一个典型的死锁日志示例：

------------------------
LATEST DETECTED DEADLOCK
------------------------
2023-10-27 10:00:00 7f7f12345678
*** (1) TRANSACTION:
TRANSACTION 12345678, ACTIVE 10 sec starting index read
mysql tables in use 1, locked 1
LOCK WAIT 3 lock struct(s), heap size 1136, 2 row lock(s)
MySQL thread id 123, OS thread handle 140123456789012, query id 1234 localhost user updating
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2
*** (1) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 10 page no 20 n bits 72 index PRIMARY of table `test`.`accounts` trx id 12345678 lock_mode X waiting
*** (2) TRANSACTION:
TRANSACTION 87654321, ACTIVE 12 sec starting index read
mysql tables in use 1, locked 1
3 lock struct(s), heap size 1136, 2 row lock(s)
MySQL thread id 456, OS thread handle 140123456789034, query id 5678 localhost user updating
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1
*** (2) HOLDS THE LOCK(S):
RECORD LOCKS space id 10 page no 20 n bits 72 index PRIMARY of table `test`.`accounts` trx id 87654321 lock_mode X locks rec but not gap
*** (2) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 10 page no 20 n bits 72 index PRIMARY of table `test`.`accounts` trx id 87654321 lock_mode X waiting
*** WE ROLL BACK TRANSACTION (1)

下面对日志中的关键信息进行解读：

信息项 说明
LATEST DETECTED DEADLOCK 表明以下是最近一次检测到的死锁信息。
(1) TRANSACTION: 第一个事务的信息，包括事务 ID (TRANSACTION 12345678)、活动时间 (ACTIVE 10 sec)、当前状态 (starting index read)、锁信息 (LOCK WAIT 3 lock struct(s))、执行的 SQL 语句 (UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2)。
WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED: 第一个事务正在等待的锁的信息，包括锁的类型 (lock_mode X waiting)、锁定的表 (table test.accounts)、索引 (index PRIMARY)。 X 代表排他锁。
(2) TRANSACTION: 第二个事务的信息，格式与第一个事务相同。
HOLDS THE LOCK(S): 第二个事务已经持有的锁的信息，同样包括锁的类型 (lock_mode X locks rec but not gap)、锁定的表和索引。 rec but not gap 表示锁定的是记录，而不是间隙。
WE ROLL BACK TRANSACTION (1) MySQL 选择了回滚第一个事务 (TRANSACTION (1))，以解除死锁。

通过分析这些信息，我们可以清晰地看到死锁的发生过程：

  • 事务 1 正在等待事务 2 释放某个锁。
  • 事务 2 已经持有某个锁，并且正在等待事务 1 释放另一个锁。
  • 因此，两个事务互相等待，形成了死锁。

3. 死锁分析实战：案例分析

为了更好地理解如何分析死锁日志，我们来看一个更复杂的案例。

案例描述：

假设我们有一个在线商店，有两个表：products (商品表) 和 orders (订单表)。

  • products 表：

    CREATE TABLE `products` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(255) NOT NULL,
  `price` decimal(10,2) NOT NULL,
  `stock` int(11) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

  • orders 表：

    CREATE TABLE `orders` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `product_id` int(11) NOT NULL,
  `quantity` int(11) NOT NULL,
  `order_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `product_id` (`product_id`),
  CONSTRAINT `orders_ibfk_1` FOREIGN KEY (`product_id`) REFERENCES `products` (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

现在有两个并发事务：

  • 事务 A：

    START TRANSACTION;
-- 1. 减少商品库存
UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 1;
-- 2. 创建订单
INSERT INTO orders (product_id, quantity) VALUES (1, 1);
COMMIT;

  • 事务 B：

    START TRANSACTION;
-- 1. 创建订单
INSERT INTO orders (product_id, quantity) VALUES (2, 1);
-- 2. 减少商品库存
UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 2;
COMMIT;

死锁日志：

------------------------
LATEST DETECTED DEADLOCK
------------------------
2023-10-27 10:30:00 7f7f12345678
*** (1) TRANSACTION:
TRANSACTION 12345678, ACTIVE 5 sec inserting
mysql tables in use 1, locked 1
3 lock struct(s), heap size 1136, 2 row lock(s)
MySQL thread id 123, OS thread handle 140123456789012, query id 1234 localhost user inserting
INSERT INTO orders (product_id, quantity) VALUES (1, 1)
*** (1) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 15 page no 30 n bits 72 index product_id of table `test`.`orders` trx id 12345678 lock_mode X waiting
*** (2) TRANSACTION:
TRANSACTION 87654321, ACTIVE 7 sec updating
mysql tables in use 1, locked 1
4 lock struct(s), heap size 1136, 3 row lock(s)
MySQL thread id 456, OS thread handle 140123456789034, query id 5678 localhost user updating
UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 2
*** (2) HOLDS THE LOCK(S):
RECORD LOCKS space id 14 page no 40 n bits 72 index PRIMARY of table `test`.`products` trx id 87654321 lock_mode X locks rec but not gap
*** (2) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 15 page no 30 n bits 72 index product_id of table `test`.`orders` trx id 87654321 lock_mode X waiting
*** WE ROLL BACK TRANSACTION (1)

死锁分析：

  1. 事务 A (12345678) 正在执行 INSERT INTO orders (product_id, quantity) VALUES (1, 1)，并且正在等待 orders 表的 product_id 索引上的一个排他锁。
  2. 事务 B (87654321) 正在执行 UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 2，已经持有 products 表的 id=2 记录的排他锁，并且也在等待 orders 表的 product_id 索引上的一个排他锁。

死锁原因：

这里涉及到外键约束 CONSTRAINT orders_ibfk_1 FOREIGN KEY (product_id) REFERENCES products (id)。 当事务 A 尝试向 orders 表中插入数据时，它需要检查 product_id 是否存在于 products 表中。 此时，如果事务 B 已经持有了 products 表中相关记录的锁（例如，因为正在更新库存），那么事务 A 就需要等待事务 B 释放锁。 反之亦然，如果事务 B 尝试更新 products 表的库存，而事务 A 已经持有了 orders 表中相关记录的锁（例如，因为正在插入订单），那么事务 B 也需要等待事务 A 释放锁。

在这种情况下，如果事务 A 和事务 B 以相反的顺序执行操作，就可能发生死锁。

如何避免死锁：

  • 保持事务的简单性： 尽量避免在一个事务中执行过多的操作，减少锁的持有时间。
  • 使用相同的加锁顺序： 确保所有事务都按照相同的顺序获取锁。 例如，在本例中，可以确保所有事务都先更新 products 表，然后再插入 orders 表。
  • 避免长事务： 长事务会持有锁的时间更长，增加死锁的风险。
  • 使用较低的隔离级别： 较低的隔离级别（例如 READ COMMITTED）会减少锁的持有时间，但可能会牺牲数据的一致性。 需要根据实际情况权衡。
  • 设置合理的锁等待超时时间： innodb_lock_wait_timeout 参数可以设置事务等待锁的超时时间。 如果超过超时时间，事务会被回滚，从而避免死锁。 但是，设置过短的超时时间可能会导致频繁的回滚，影响性能。
  • 避免在循环中执行数据库操作： 在循环中执行数据库操作容易产生锁冲突，增加死锁的风险。
  • 优化索引： 合适的索引可以减少锁的范围，提高并发性能，从而降低死锁的风险。

修改后的事务（避免死锁）：

为了避免死锁，我们可以调整事务的顺序，确保所有事务都按照相同的顺序获取锁。

  • 事务 A：

    START TRANSACTION;
-- 1. 减少商品库存
UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 1;
-- 2. 创建订单
INSERT INTO orders (product_id, quantity) VALUES (1, 1);
COMMIT;

  • 事务 B：

    START TRANSACTION;
-- 1. 减少商品库存
UPDATE products SET stock = stock - 1 WHERE id = 2;
-- 2. 创建订单
INSERT INTO orders (product_id, quantity) VALUES (2, 1);
COMMIT;

虽然这两个事务的逻辑没有改变，但是因为它们以相同的顺序访问 products 表和 orders 表，所以可以避免死锁。 另一种更安全的做法是将两个操作合并为一个原子操作，例如使用存储过程或者事件队列。

4. 总结：理解死锁分析是保障数据库稳定性的关键

今天我们深入探讨了MySQL事务并发控制中的死锁问题，学习了死锁的概念、产生原因以及如何使用 SHOW ENGINE INNODB STATUS 命令来分析死锁日志。通过案例分析，我们了解了死锁发生的常见场景以及如何避免死锁。 理解死锁分析对于保证数据库的稳定性和性能至关重要，希望大家能够掌握这些知识，在实际工作中灵活运用。 掌握死锁的分析方法，并采取有效的预防措施，是开发高性能、高可靠性数据库应用的关键。 持续学习和实践，才能更好地应对数据库并发控制的挑战。

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