MySQL 锁等待：Performance Schema 与 InnoDB 状态监控深入分析阻塞根源
大家好，今天我们来深入探讨一个MySQL中常见但又令人头疼的问题：锁等待。当应用程序在高并发环境下运行时，锁竞争是不可避免的。过度的锁等待会导致性能瓶颈，甚至影响整个系统的稳定性。本文将以讲座的形式，讲解如何利用MySQL的Performance Schema和InnoDB状态监控，深入分析锁等待的根源，并提供一些排查和解决问题的思路。
1. 锁的概念与种类
在深入分析之前，我们首先需要对锁的概念和种类有一个清晰的理解。锁的主要作用是控制并发访问共享资源，保证数据的一致性和完整性。在MySQL中，锁可以分为多种类型，常见的包括：
- 表级锁 (Table-level Locks): 对整个表进行锁定，开销小，但并发性能差。适用于读多写少的场景，例如备份。
- 行级锁 (Row-level Locks): 对表中的一行或多行进行锁定，并发性能高，但开销大。InnoDB存储引擎支持行级锁。
- 页面锁 (Page-level Locks): 介于表级锁和行级锁之间，锁定一个数据页。Berkeley DB存储引擎使用页面锁。
- 乐观锁 (Optimistic Locking): 假设不会发生并发冲突，在更新数据时检查版本号或时间戳，如果数据已被修改，则更新失败。
- 悲观锁 (Pessimistic Locking): 假设会发生并发冲突，在访问数据之前先获取锁，确保其他事务无法修改数据。
- 共享锁 (Shared Lock, S Lock): 允许多个事务同时读取同一资源，但阻止其他事务修改。
- 排他锁 (Exclusive Lock, X Lock): 阻止其他事务读取或修改资源，只有持有排他锁的事务才能修改数据。
- 意向锁 (Intention Lock): 表明一个事务想要在某个表中的行上使用共享锁或排他锁。有两种类型：意向共享锁 (IS Lock) 和 意向排他锁 (IX Lock)。
InnoDB存储引擎主要使用行级锁，并通过两阶段锁协议 (Two-Phase Locking, 2PL) 来保证事务的隔离性。
2. Performance Schema 简介
Performance Schema是MySQL 5.5及更高版本中引入的一个性能监控工具，它提供了低开销的性能数据收集和分析功能。Performance Schema通过收集服务器运行时的各种事件信息，例如SQL语句执行时间、锁等待时间、IO操作等，帮助我们深入了解MySQL的性能瓶颈。
要使用Performance Schema，首先需要确保它已启用。可以通过以下SQL语句查看Performance Schema的状态：
SELECT NAME, ENABLED FROM performance_schema.setup_instruments WHERE NAME LIKE '%lock%';
SHOW GLOBAL VARIABLES LIKE 'performance_schema';如果performance_schema变量为OFF，则需要修改MySQL配置文件（例如my.cnf）并重启MySQL服务来启用Performance Schema。
启用Performance Schema后，还需要配置需要监控的事件。可以通过setup_instruments和setup_consumers表来配置。
例如，要监控锁相关的事件，可以执行以下SQL语句：
UPDATE performance_schema.setup_instruments SET enabled = 'YES' WHERE name LIKE 'wait/lock/%';
UPDATE performance_schema.setup_consumers SET enabled = 'YES' WHERE name LIKE '%events_waits%';
FLUSH TABLES WITH READ LOCK;
UNLOCK TABLES;这些语句将启用所有wait/lock/开头的事件，并将这些事件的数据存储到events_waits_current、events_waits_history和events_waits_history_long表中。
3. 使用 Performance Schema 分析锁等待
Performance Schema提供了多个表来存储锁等待相关的信息，其中最常用的是以下几个：
events_waits_current: 存储当前正在等待的事件信息。events_waits_history: 存储最近发生的事件信息，数量有限。events_waits_history_long: 存储更长时间段的事件信息，数量也有限。threads: 存储线程的信息，包括线程ID、线程名称等。events_statements_current: 存储当前正在执行的SQL语句信息。events_statements_history: 存储最近执行的SQL语句信息。events_statements_history_long: 存储更长时间段执行的SQL语句信息。
通过查询这些表，我们可以获取锁等待的时间、锁的类型、等待的资源以及执行的SQL语句等信息。
3.1. 查找当前正在等待的锁
要查找当前正在等待的锁，可以查询events_waits_current表：
SELECT
event_name,
object_schema,
object_name,
index_name,
operation,
source,
timer_wait
FROM
performance_schema.events_waits_current
WHERE
event_name LIKE 'wait/lock/%'
ORDER BY timer_wait DESC;这个查询会返回所有当前正在等待的锁的信息，包括锁的类型 (event_name)、数据库 (object_schema)、表名 (object_name)、索引名 (index_name)、操作类型 (operation)、等待时间 (timer_wait)以及代码位置 (source)。
3.2. 查找导致锁等待的SQL语句
要查找导致锁等待的SQL语句，需要将events_waits_current表与threads表和events_statements_current表关联起来：
SELECT
ewc.event_name,
ewc.object_schema,
ewc.object_name,
ewc.index_name,
ewc.operation,
ewc.source,
ewc.timer_wait,
t.thread_id,
t.name AS thread_name,
esc.sql_text
FROM
performance_schema.events_waits_current ewc
JOIN performance_schema.threads t ON ewc.thread_id = t.thread_id
LEFT JOIN performance_schema.events_statements_current esc ON t.thread_id = esc.thread_id
WHERE
ewc.event_name LIKE 'wait/lock/%'
ORDER BY
ewc.timer_wait DESC;这个查询会返回导致锁等待的SQL语句 (sql_text)、线程ID (thread_id)和线程名称 (thread_name)。通过分析SQL语句，我们可以找到可能导致锁竞争的代码。
3.3. 分析历史锁等待事件
如果锁等待是间歇性发生的，我们可以查询events_waits_history或events_waits_history_long表来分析历史锁等待事件。查询方式与查询events_waits_current表类似，只是需要将表名替换为events_waits_history或events_waits_history_long。
SELECT
ewh.event_name,
ewh.object_schema,
ewh.object_name,
ewh.index_name,
ewh.operation,
ewh.source,
ewh.timer_wait,
t.thread_id,
t.name AS thread_name,
esh.sql_text
FROM
performance_schema.events_waits_history ewh
JOIN performance_schema.threads t ON ewh.thread_id = t.thread_id
LEFT JOIN performance_schema.events_statements_history esh ON t.thread_id = esh.thread_id
WHERE
ewh.event_name LIKE 'wait/lock/%'
ORDER BY
ewh.timer_wait DESC
LIMIT 100; -- 为了防止数据量过大，限制返回的行数4. InnoDB 状态监控
除了Performance Schema，InnoDB存储引擎也提供了一些状态监控信息，可以帮助我们分析锁等待。
4.1. SHOW ENGINE INNODB STATUS
SHOW ENGINE INNODB STATUS语句可以显示InnoDB存储引擎的详细状态信息，包括锁等待、事务信息、缓冲池状态等。这个语句的输出信息非常多，需要仔细分析才能找到有用的信息。
SHOW ENGINE INNODB STATUS;在SHOW ENGINE INNODB STATUS的输出中，关注以下几个部分：
- TRANSACTIONS: 包含当前正在运行的事务信息，包括事务ID、事务状态、持有的锁等。
- LOCKS: 包含当前正在等待的锁信息，包括锁的类型、锁定的资源、等待的事务ID等。
- LATEST DETECTED DEADLOCK: 如果发生了死锁，这个部分会显示死锁的信息，包括涉及的事务ID、SQL语句等。
4.2. INFORMATION_SCHEMA.INNODB_LOCKS 和 INFORMATION_SCHEMA.INNODB_LOCK_WAITS
INFORMATION_SCHEMA数据库提供了INNODB_LOCKS和INNODB_LOCK_WAITS表，可以查询InnoDB的锁信息和锁等待信息。
INNODB_LOCKS: 存储当前InnoDB持有的锁的信息。INNODB_LOCK_WAITS: 存储当前InnoDB的锁等待信息。
SELECT
l.lock_id,
l.lock_trx_id,
l.lock_mode,
l.lock_type,
l.lock_table,
l.lock_index,
l.lock_space,
l.lock_page,
l.lock_rec,
w.waiting_trx_id,
w.waiting_lock_id,
w.waiting_lock_mode,
r.trx_query
FROM
INFORMATION_SCHEMA.INNODB_LOCKS l
INNER JOIN INFORMATION_SCHEMA.INNODB_LOCK_WAITS w ON l.lock_id = w.waiting_lock_id
INNER JOIN INFORMATION_SCHEMA.INNODB_TRX r ON w.waiting_trx_id = r.trx_id;这个查询会返回当前正在等待的锁的信息，包括锁的ID (lock_id)、持有锁的事务ID (lock_trx_id)、锁的模式 (lock_mode)、锁的类型 (lock_type)、锁定的表 (lock_table)、等待的事务ID (waiting_trx_id)以及等待的事务正在执行的SQL语句 (trx_query)。
5. 案例分析：死锁检测与解决
死锁是指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情况。MySQL会自动检测死锁，并选择一个事务回滚，以打破死锁。
5.1. 死锁检测
当发生死锁时，SHOW ENGINE INNODB STATUS的LATEST DETECTED DEADLOCK部分会显示死锁的信息。
例如：
------------------------
LATEST DETECTED DEADLOCK
------------------------
2023-10-27 10:00:00 7f21b0000700
*** (1) TRANSACTION:
TRANSACTION 1234567, ACTIVE 10 seconds
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 140463264890624, query id 7890123 localhost user updating
UPDATE table1 SET column1 = 'value1' WHERE id = 1;
*** (1) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 123 page no 456 n bits 72 index PRIMARY of table `database1`.`table1` trx id 1234567 lock_mode X locks rec but not gap waiting
*** (2) TRANSACTION:
TRANSACTION 7654321, ACTIVE 5 seconds
mysql tables in use 1, locked 1
LOCK WAIT 3 lock struct(s), heap size 1136, 2 row lock(s)
MySQL thread id 456, OS thread handle 140463264890625, query id 9876543 localhost user updating
UPDATE table2 SET column2 = 'value2' WHERE id = 2;
*** (2) HOLDS THE LOCK(S):
RECORD LOCKS space id 123 page no 456 n bits 72 index PRIMARY of table `database1`.`table1` trx id 7654321 lock_mode X locks rec but not gap
*** (2) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 456 page no 789 n bits 72 index PRIMARY of table `database1`.`table2` trx id 7654321 lock_mode X locks rec but not gap waiting
*** WE ROLL BACK TRANSACTION (1)从这个死锁信息中，我们可以看到：
- 事务1 (ID 1234567) 正在等待事务2 (ID 7654321) 释放
database1.table1表的主键上的排他锁。 - 事务2 (ID 7654321) 正在等待事务1 (ID 1234567) 释放
database1.table2表的主键上的排他锁。 - MySQL选择了回滚事务1 (ID 1234567) 来打破死锁。
5.2. 死锁解决
解决死锁的根本方法是避免死锁的发生。以下是一些常见的死锁避免策略：
- 保持事务简短: 事务越长，持有锁的时间越长，发生死锁的概率越高。
- 按照相同的顺序访问资源: 如果多个事务需要访问相同的资源，应该按照相同的顺序访问，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，但也可能导致数据一致性问题。
- 使用
SELECT ... FOR UPDATE语句: 在读取数据时，可以使用SELECT ... FOR UPDATE语句来获取排他锁，避免其他事务修改数据。但是，使用不当可能会导致长时间的锁等待。 - 设置
innodb_lock_wait_timeout参数: 可以设置innodb_lock_wait_timeout参数来控制锁等待的超时时间。如果事务等待锁的时间超过了超时时间，MySQL会自动回滚事务，避免长时间的锁等待。
在上面的死锁案例中，可能是因为事务1先更新了table1，然后更新了table2，而事务2先更新了table2，然后更新了table1，导致了死锁。解决办法是让所有事务按照相同的顺序访问table1和table2。
6. 总结分析锁等待的步骤
- 启用 Performance Schema: 确保 Performance Schema 已启用，并配置需要监控的事件。
- 监控当前锁等待: 使用
events_waits_current表查找当前正在等待的锁，并分析等待时间、锁的类型和锁定的资源。 - 查找导致锁等待的 SQL 语句: 将
events_waits_current表与threads表和events_statements_current表关联起来，查找导致锁等待的 SQL 语句。 - 分析历史锁等待事件: 使用
events_waits_history或events_waits_history_long表分析历史锁等待事件。 - 查看 InnoDB 状态: 使用
SHOW ENGINE INNODB STATUS语句查看 InnoDB 的详细状态信息，包括锁等待、事务信息、缓冲池状态等。 - 查询 InnoDB 锁表: 使用
INFORMATION_SCHEMA.INNODB_LOCKS和INFORMATION_SCHEMA.INNODB_LOCK_WAITS表查询 InnoDB 的锁信息和锁等待信息。 - 分析死锁信息: 如果发生了死锁，分析
SHOW ENGINE INNODB STATUS的LATEST DETECTED DEADLOCK部分，找到导致死锁的事务和 SQL 语句。 - 优化 SQL 语句和事务: 根据分析结果，优化 SQL 语句和事务，减少锁竞争，避免死锁的发生。
- 调整配置参数: 调整
innodb_lock_wait_timeout等配置参数，控制锁等待的超时时间。
7. 总结：监控分析锁等待，优化代码提升性能
通过Performance Schema和InnoDB状态监控，我们可以深入分析MySQL的锁等待情况，找到导致锁竞争的SQL语句和事务，并采取相应的优化措施。 优化代码，调整配置参数，最终提升MySQL的并发性能和稳定性。