如何通过 `innodb_locks` 和 `innodb_lock_waits` 表实时监控`锁`竞争与`等待`情况？

MySQL 锁竞争与等待的实时监控：innodb_locks 和 innodb_lock_waits 表深度解析

大家好，今天我们来深入探讨如何利用 innodb_locks 和 innodb_lock_waits 这两个重要的 MySQL Information Schema 表，来实时监控 InnoDB 存储引擎中的锁竞争与等待情况。锁是数据库并发控制的关键机制，理解和监控锁的行为对于诊断性能瓶颈、优化数据库应用至关重要。

1. 锁的概念回顾与重要性

在多用户并发访问数据库时，为了保证数据的一致性和完整性，数据库系统需要采用锁机制来控制对共享资源的访问。锁可以防止多个事务同时修改同一份数据，避免出现数据冲突和丢失。

InnoDB 存储引擎实现了多种类型的锁，包括：

• 共享锁 (Shared Lock, S Lock): 允许持有锁的事务读取数据，但不允许修改。多个事务可以同时持有同一份数据的共享锁。
• 排他锁 (Exclusive Lock, X Lock): 允许持有锁的事务读取和修改数据，其他事务不能持有同一份数据的共享锁或排他锁。
• 意向锁 (Intention Lock, I Lock): 用于在表级别声明事务的意图，表明事务将要在表中的某些行上加共享锁或排他锁。意向锁分为意向共享锁 (IS Lock) 和意向排他锁 (IX Lock)。
• 记录锁 (Record Lock): 锁定具体的索引记录。
• 间隙锁 (Gap Lock): 锁定索引记录之间的间隙，防止其他事务插入新的记录，从而保证可重复读隔离级别。
• 临键锁 (Next-Key Lock): 锁定记录及其之前的间隙，是记录锁和间隙锁的组合。

锁的合理使用可以提高数据库的并发性能，但如果锁的使用不当，则会导致锁竞争和等待，降低数据库的响应速度。因此，实时监控锁的状态，及时发现和解决锁相关的问题，是数据库性能优化的重要环节。

2. innodb_locks 表：锁的持有者信息

innodb_locks 表提供了当前 InnoDB 存储引擎中所有锁的详细信息。通过查询这个表，我们可以了解哪些事务持有了哪些锁，锁的类型是什么，锁定的资源是什么等等。

innodb_locks 表的常用字段包括：

字段名	数据类型	描述
lock_id	varchar	锁的唯一标识符。
lock_trx_id	varchar	持有锁的事务 ID。
lock_mode	varchar	锁的模式，例如 X, S, IX, IS 等。
lock_type	varchar	锁的类型，例如 RECORD, TABLE 等。
lock_table	varchar	被锁定的表名。
lock_index	varchar	被锁定的索引名（如果锁类型为 RECORD）。
lock_space	int	表空间 ID。
lock_page	int	页号（如果锁类型为 RECORD）。
lock_rec	int	记录号（如果锁类型为 RECORD）。
lock_data	varchar	锁定的数据信息，例如主键值或索引值（如果锁类型为 RECORD）。

示例：查询当前所有的锁

SELECT * FROM information_schema.innodb_locks;

这条 SQL 语句会返回当前数据库实例中所有 InnoDB 锁的信息。通过分析这些信息，我们可以初步了解锁的分布情况。

3. innodb_lock_waits 表：锁的等待者信息

innodb_lock_waits 表提供了当前 InnoDB 存储引擎中所有锁等待的信息。通过查询这个表，我们可以了解哪些事务正在等待锁，它们在等待哪个事务释放锁，以及它们正在等待的锁的类型是什么等等。

innodb_lock_waits 表的常用字段包括：

字段名	数据类型	描述
requesting_trx_id	varchar	正在请求锁的事务 ID。
blocking_trx_id	varchar	阻塞请求锁的事务 ID，即持有锁的事务 ID。
requesting_lock_id	varchar	正在请求的锁的 ID。
blocking_lock_id	varchar	阻塞请求的锁的 ID，即被持有的锁的 ID。

示例：查询当前所有的锁等待

SELECT * FROM information_schema.innodb_lock_waits;

这条 SQL 语句会返回当前数据库实例中所有 InnoDB 锁等待的信息。通过分析这些信息，我们可以了解哪些事务正在被阻塞，以及被哪些事务阻塞。

4. 结合 innodb_locks 和 innodb_lock_waits 表进行深入分析

单独查询 innodb_locks 和 innodb_lock_waits 表只能提供部分信息，我们需要将这两个表结合起来进行分析，才能更全面地了解锁竞争与等待的情况。

示例：查找导致锁等待的 SQL 语句

SELECT
    r.trx_id AS waiting_trx_id,
    r.trx_mysql_thread_id AS waiting_thread,
    r.trx_query AS waiting_query,
    b.trx_id AS blocking_trx_id,
    b.trx_mysql_thread_id AS blocking_thread,
    b.trx_query AS blocking_query
FROM
    information_schema.innodb_lock_waits w
INNER JOIN
    information_schema.innodb_trx r ON r.trx_id = w.requesting_trx_id
INNER JOIN
    information_schema.innodb_trx b ON b.trx_id = w.blocking_trx_id;

这条 SQL 语句通过连接 innodb_lock_waits 和 innodb_trx 表，可以找到正在等待锁的事务和阻塞锁的事务的详细信息，包括事务 ID、线程 ID 和正在执行的 SQL 语句。通过分析这些信息，我们可以定位到导致锁等待的具体 SQL 语句，从而进行优化。

示例：查找持有锁的事务信息

SELECT
    l.lock_id,
    l.lock_trx_id,
    l.lock_mode,
    l.lock_type,
    l.lock_table,
    t.trx_mysql_thread_id,
    t.trx_query
FROM
    information_schema.innodb_locks l
INNER JOIN
    information_schema.innodb_trx t ON l.lock_trx_id = t.trx_id;

这条 SQL 语句可以查找持有锁的事务的详细信息，包括事务 ID、线程 ID 和正在执行的 SQL 语句。这可以帮助我们分析哪些事务持有了过多的锁，或者持有了锁的时间过长，从而导致其他事务无法获取锁。

5. 实战案例：分析死锁

死锁是指两个或多个事务相互等待对方释放锁，导致所有事务都无法继续执行的情况。死锁是数据库并发控制中常见的问题，会导致数据库性能严重下降。

我们可以通过 innodb_locks 和 innodb_lock_waits 表来检测死锁。当出现死锁时，innodb_lock_waits 表中会存在循环等待的情况，即事务 A 等待事务 B 释放锁，而事务 B 又等待事务 A 释放锁。

示例：模拟死锁场景

假设我们有两张表 accounts 和 orders，它们都有一个主键 id。

事务 1：

START TRANSACTION;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE orders SET status = 'processing' WHERE id = 1;
-- 故意不提交事务

事务 2：

START TRANSACTION;
UPDATE orders SET status = 'shipped' WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 1;
-- 故意不提交事务

在这个例子中，事务 1 首先锁定了 accounts 表中的 id = 1 的记录，然后尝试锁定 orders 表中的 id = 1 的记录。而事务 2 首先锁定了 orders 表中的 id = 1 的记录，然后尝试锁定 accounts 表中的 id = 1 的记录。由于事务 1 和事务 2 互相等待对方释放锁，因此会发生死锁。

示例：通过 innodb_lock_waits 表检测死锁

在发生死锁后，我们可以查询 innodb_lock_waits 表来检测死锁。

SELECT * FROM information_schema.innodb_lock_waits;

查询结果可能如下：

requesting_trx_id	blocking_trx_id	requesting_lock_id	blocking_lock_id
123	456	lock1	lock3
456	123	lock2	lock4

从查询结果可以看出，事务 123 正在等待事务 456 释放锁 lock3，而事务 456 又正在等待事务 123 释放锁 lock4。这表明发生了死锁。

6. 优化锁竞争与等待的策略

在发现锁竞争与等待问题后，我们需要采取相应的措施来优化锁的使用，提高数据库的并发性能。以下是一些常用的优化策略：

• 缩短事务的执行时间: 尽量减少事务中需要锁定的资源数量，缩短事务的执行时间，可以减少锁的持有时间，降低锁竞争的概率。
• 优化 SQL 语句: 优化 SQL 语句可以减少需要扫描的数据量，降低锁的粒度，从而减少锁竞争。例如，尽量使用索引来加速查询，避免全表扫描。
• 合理设置事务隔离级别: 选择合适的事务隔离级别可以在保证数据一致性的前提下，提高数据库的并发性能。例如，如果应用对数据一致性要求不高，可以考虑使用读已提交 (READ COMMITTED) 隔离级别，而不是可重复读 (REPEATABLE READ) 隔离级别。
• 避免长事务: 长事务会持有锁的时间过长，导致其他事务无法获取锁，从而降低数据库的并发性能。应该尽量避免长事务，将大事务拆分成多个小事务。
• 使用乐观锁: 乐观锁是一种避免锁竞争的技术。它通过在数据中添加版本号或时间戳等字段，来判断数据是否被其他事务修改过。如果数据被修改过，则事务会放弃更新，避免锁竞争。
• 调整 MySQL 配置参数: 可以调整 MySQL 的一些配置参数来优化锁的行为。例如，可以调整 innodb_lock_wait_timeout 参数来设置锁等待的超时时间，避免事务长时间等待锁。
• 避免交叉更新: 尽量避免多个事务交叉更新相同的数据行。如果无法避免，可以考虑调整更新顺序，或者使用更细粒度的锁。

7. 编写监控脚本自动化监控

为了实时监控锁竞争与等待的情况，我们可以编写监控脚本，定期查询 innodb_locks 和 innodb_lock_waits 表，并将查询结果保存到日志文件或监控系统中。这样可以及时发现锁相关的问题，并进行处理。

示例：Python 监控脚本

import mysql.connector
import time

# 数据库连接信息
config = {
    'user': 'your_user',
    'password': 'your_password',
    'host': 'your_host',
    'database': 'information_schema'
}

def get_lock_waits():
    try:
        conn = mysql.connector.connect(**config)
        cursor = conn.cursor(dictionary=True)

        query = """
            SELECT
                r.trx_id AS waiting_trx_id,
                r.trx_mysql_thread_id AS waiting_thread,
                r.trx_query AS waiting_query,
                b.trx_id AS blocking_trx_id,
                b.trx_mysql_thread_id AS blocking_thread,
                b.trx_query AS blocking_query
            FROM
                information_schema.innodb_lock_waits w
            INNER JOIN
                information_schema.innodb_trx r ON r.trx_id = w.requesting_trx_id
            INNER JOIN
                information_schema.innodb_trx b ON b.trx_id = w.blocking_trx_id;
        """

        cursor.execute(query)
        lock_waits = cursor.fetchall()

        return lock_waits

    except mysql.connector.Error as err:
        print(f"Error: {err}")
        return None
    finally:
        if conn.is_connected():
            cursor.close()
            conn.close()

def get_locks():
    try:
        conn = mysql.connector.connect(**config)
        cursor = conn.cursor(dictionary=True)

        query = """
            SELECT
                l.lock_id,
                l.lock_trx_id,
                l.lock_mode,
                l.lock_type,
                l.lock_table,
                t.trx_mysql_thread_id,
                t.trx_query
            FROM
                information_schema.innodb_locks l
            INNER JOIN
                information_schema.innodb_trx t ON l.lock_trx_id = t.trx_id;
        """

        cursor.execute(query)
        locks = cursor.fetchall()

        return locks

    except mysql.connector.Error as err:
        print(f"Error: {err}")
        return None
    finally:
        if conn.is_connected():
            cursor.close()
            conn.close()

def main():
    while True:
        lock_waits = get_lock_waits()
        locks = get_locks()

        if lock_waits:
            print("Lock Waits:")
            for wait in lock_waits:
                print(wait)

        if locks:
            print("nLocks:")
            for lock in locks:
                print(lock)

        if not lock_waits and not locks:
            print("No lock waits or locks found.")

        print("-" * 40)
        time.sleep(60)  # 每隔 60 秒检查一次

if __name__ == "__main__":
    main()

这个 Python 脚本会定期查询 innodb_lock_waits 和 innodb_locks 表，并将查询结果打印到控制台。你可以根据自己的需求修改脚本，例如将查询结果保存到日志文件，或者发送到监控系统。

8. 总结：监控锁，优化数据库性能

通过 innodb_locks 和 innodb_lock_waits 表，我们能够实时监控 MySQL InnoDB 存储引擎中的锁竞争与等待情况，进而定位性能瓶颈并进行针对性的优化。编写自动化监控脚本，可以更加方便的发现和处理锁相关的问题，保障数据库的稳定和高效运行。