MySQL存储引擎内部之：`InnoDB`的`死锁`：`死锁`的`检测`和`回滚`机制。 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

MySQL InnoDB存储引擎：死锁检测与回滚机制深入剖析

各位朋友，大家好！今天我们来深入探讨MySQL InnoDB存储引擎中的一个重要话题：死锁。死锁是并发环境下数据库系统面临的常见问题，理解InnoDB的死锁检测和回滚机制，对于构建高并发、高可靠性的数据库应用至关重要。

一、什么是死锁？

死锁是指两个或多个事务，因为争夺资源而造成相互等待的现象，导致所有事务都无法继续执行。更具体地说，每个事务都在等待其他事务释放其所持有的资源，但由于其他事务也在等待，从而形成一个循环等待的僵局。

举个简单的例子：

事务A持有资源X，等待资源Y。
事务B持有资源Y，等待资源X。

在这种情况下，事务A和事务B都无法继续执行，形成了死锁。

二、InnoDB中死锁产生的原因

InnoDB中死锁的产生主要源于以下几个方面：

锁竞争： 这是最直接的原因。多个事务试图获取相同的资源（行、表等）上的锁，而这些锁已经被其他事务持有。
事务隔离级别： 不同的事务隔离级别对并发控制有不同的要求。例如，在REPEATABLE READ隔离级别下，事务可能会持有行锁直到事务结束，增加了死锁的概率。
锁定顺序不一致： 不同的事务以不同的顺序获取锁，容易造成循环等待。例如，事务A先锁定表X，再锁定表Y；而事务B先锁定表Y，再锁定表X。
外键约束： 外键约束可能导致级联更新或删除操作，这些操作可能会涉及多个表的锁定，从而增加死锁的风险。
长时间运行的事务： 长时间运行的事务持有锁的时间较长，增加了其他事务等待的可能性，从而增加死锁的概率。

三、InnoDB的锁机制回顾

为了更好地理解死锁检测机制，我们先简单回顾一下InnoDB的锁类型：

锁类型	共享锁 (Shared Lock, S)	排他锁 (Exclusive Lock, X)	意向共享锁 (Intention Shared Lock, IS)	意向排他锁 (Intention Exclusive Lock, IX)
作用	允许其他事务读取	阻止其他事务读取和写入	表级别，表示事务意图获取表上的共享锁	表级别，表示事务意图获取表上的排他锁
兼容性（与X）	兼容	不兼容	兼容	不兼容
兼容性（与S）	兼容	不兼容	兼容	兼容
兼容性（与IX）	兼容	不兼容	兼容	兼容
兼容性（与IS）	兼容	不兼容	兼容	兼容

需要注意的是，InnoDB是行级锁，但为了提高性能，也存在表级别的意向锁。意向锁是InnoDB自动维护的，不需要用户显式指定。

四、InnoDB的死锁检测机制

InnoDB使用两种主要的机制来处理死锁：

死锁检测（Deadlock Detection）： InnoDB会定期检测是否存在死锁，如果检测到死锁，会选择一个事务进行回滚，释放其持有的锁，从而打破死锁。
锁等待超时（Lock Wait Timeout）： 如果一个事务等待锁的时间超过了预设的阈值，InnoDB会自动回滚该事务，释放其持有的锁。

接下来，我们分别详细讨论这两种机制。

4.1 死锁检测

InnoDB的死锁检测机制主要依赖于等待图（Wait-For Graph）。等待图是一个有向图，图中节点表示事务，边表示事务之间的等待关系。如果事务A等待事务B释放锁，则在图中从事务A到事务B有一条边。

InnoDB会定期遍历等待图，查找是否存在环路。如果存在环路，则表示存在死锁。例如，如果存在A -> B -> C -> A的环路，则表示事务A等待事务B，事务B等待事务C，事务C等待事务A，从而形成死锁。

4.1.1 等待图的构建

当一个事务尝试获取锁时，如果该锁已经被其他事务持有，InnoDB会将该事务添加到等待图中。具体来说，InnoDB会创建一个边，从等待锁的事务指向持有锁的事务。

4.1.2 死锁检测的触发

InnoDB在以下情况下会触发死锁检测：

每次当事务尝试获取锁时： 这是最常见的触发方式。当一个事务等待锁时，InnoDB会立即检查是否会形成死锁。
定期检测： InnoDB会定期执行死锁检测，即使没有新的锁等待发生。可以通过innodb_deadlock_detect参数控制是否启用定期检测。

4.1.3 死锁检测的代价

死锁检测本身需要消耗资源，特别是当并发事务数量较多时，等待图会变得非常复杂，死锁检测的开销也会显著增加。因此，在某些高并发场景下，禁用死锁检测，转而依赖锁等待超时机制，可能是一个更好的选择。

4.1.4 如何查看死锁信息

可以通过以下方式查看死锁信息：

MySQL错误日志： 死锁发生时，InnoDB会将死锁信息写入MySQL错误日志中。
SHOW ENGINE INNODB STATUS命令： 这个命令会显示InnoDB的各种状态信息，包括死锁信息。

例如，执行SHOW ENGINE INNODB STATUS命令，可以在输出中找到LATEST DETECTED DEADLOCK部分，其中包含了死锁的详细信息，包括涉及的事务ID、SQL语句、锁信息等。

4.2 锁等待超时

锁等待超时是一种更简单的死锁处理机制。当一个事务等待锁的时间超过了innodb_lock_wait_timeout参数指定的值（单位为秒），InnoDB会自动回滚该事务。

锁等待超时的优点是实现简单，开销较小。缺点是可能误判，即即使没有发生死锁，如果一个事务等待锁的时间过长，也可能被错误地回滚。

4.2.1 innodb_lock_wait_timeout参数

innodb_lock_wait_timeout参数控制锁等待的超时时间。默认值为50秒。可以根据实际情况调整该参数的值。

例如，要将锁等待超时时间设置为10秒，可以执行以下SQL语句：

SET GLOBAL innodb_lock_wait_timeout = 10;

五、死锁的回滚机制

当InnoDB检测到死锁或锁等待超时时，会选择一个事务进行回滚。回滚是指撤销事务已经执行的操作，将数据库恢复到事务开始之前的状态。

5.1 死锁选择受害者

当检测到死锁时，InnoDB需要选择一个事务作为“受害者”进行回滚。InnoDB选择受害者的策略是：选择回滚代价最小的事务。

回滚代价的评估因素包括：

事务已执行的操作数量： 已执行的操作越多，回滚的代价越高。
事务持有的锁的数量： 持有的锁越多，回滚的代价越高。
事务的优先级： 优先级较低的事务更容易被选择为受害者。

5.2 回滚过程

回滚过程包括以下步骤：

释放事务持有的锁： InnoDB会释放被选中的事务持有的所有锁。
撤销事务已执行的操作： InnoDB会撤销事务已经执行的所有操作，例如插入、更新、删除等。
生成回滚日志： InnoDB会将回滚操作写入回滚日志中，以便在系统崩溃时进行恢复。
通知客户端： InnoDB会通知客户端事务已被回滚，并返回一个错误信息。

5.3 客户端处理回滚

当客户端收到事务已被回滚的错误信息时，应该进行以下处理：

捕获异常： 客户端应该捕获SQL异常，并判断是否是由于死锁或锁等待超时引起的。
重试事务： 如果是由于死锁或锁等待超时引起的，客户端应该重试事务。为了避免再次发生死锁，可以采用一些策略，例如随机延迟重试、调整事务的执行顺序等。
记录日志： 客户端应该记录死锁或锁等待超时的信息，以便进行分析和优化。

六、避免死锁的策略

避免死锁的最佳方法是从根本上减少锁竞争。以下是一些常见的避免死锁的策略：

尽量缩小事务的范围： 事务的范围越小，持有锁的时间越短，锁竞争的可能性越小。
尽量使用较低的事务隔离级别： 较低的事务隔离级别可以减少锁的持有时间，从而降低死锁的概率。但需要权衡数据一致性和并发性能。
以固定的顺序访问资源： 不同的事务应该以相同的顺序访问资源，避免形成循环等待。
避免长时间运行的事务： 长时间运行的事务持有锁的时间较长，增加了其他事务等待的可能性，从而增加死锁的概率。
使用索引： 合理的索引可以减少锁定的行数，从而降低死锁的概率。
拆分大事务： 将大事务拆分成多个小事务，可以减少锁的持有时间，从而降低死锁的概率。
使用乐观锁： 乐观锁是一种无锁并发控制机制，可以避免锁竞争。
监控死锁： 定期监控数据库的死锁情况，及时发现和解决问题。

七、实例分析：模拟死锁场景

为了更好地理解死锁的产生和检测过程，我们模拟一个简单的死锁场景。

7.1 创建测试表

首先，创建两个测试表account_a和account_b：

CREATE TABLE account_a (
    id INT PRIMARY KEY,
    balance INT
);

CREATE TABLE account_b (
    id INT PRIMARY KEY,
    balance INT
);

INSERT INTO account_a (id, balance) VALUES (1, 100);
INSERT INTO account_b (id, balance) VALUES (1, 100);

7.2 模拟死锁

开启两个MySQL客户端，分别执行以下SQL语句：

客户端1：

START TRANSACTION;
UPDATE account_a SET balance = balance - 10 WHERE id = 1;
SELECT SLEEP(10); -- 模拟长时间操作
UPDATE account_b SET balance = balance + 10 WHERE id = 1;
COMMIT;

客户端2：

START TRANSACTION;
UPDATE account_b SET balance = balance - 10 WHERE id = 1;
UPDATE account_a SET balance = balance + 10 WHERE id = 1;
COMMIT;

在这个例子中，客户端1首先锁定account_a表中的行，然后等待10秒，再尝试锁定account_b表中的行。客户端2首先锁定account_b表中的行，然后尝试锁定account_a表中的行。由于客户端1和客户端2以相反的顺序锁定资源，因此会发生死锁。

7.3 查看死锁信息

执行SHOW ENGINE INNODB STATUS命令，可以在输出中找到LATEST DETECTED DEADLOCK部分，其中包含了死锁的详细信息。可以看到，InnoDB检测到了死锁，并选择了一个事务进行回滚。

八、代码示例：处理死锁异常

以下是一个Java代码示例，演示如何处理死锁异常：

import java.sql.*;

public class DeadlockExample {

    public static void main(String[] args) {
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";
        String user = "root";
        String password = "password";

        try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url, user, password)) {
            conn.setAutoCommit(false);

            try {
                // 模拟死锁操作
                String sql1 = "UPDATE account_a SET balance = balance - 10 WHERE id = 1";
                String sql2 = "UPDATE account_b SET balance = balance + 10 WHERE id = 1";

                try (Statement stmt = conn.createStatement()) {
                    stmt.executeUpdate(sql1);
                    // 模拟长时间操作
                    Thread.sleep(1000);
                    stmt.executeUpdate(sql2);
                }

                conn.commit();
                System.out.println("Transaction committed successfully.");

            } catch (SQLException e) {
                // 检查是否是死锁异常
                if (e.getErrorCode() == 1213) { // MySQL死锁错误码
                    System.err.println("Deadlock detected! Rolling back transaction.");
                    conn.rollback();
                    // 重试事务 (可以添加重试逻辑)
                } else {
                    System.err.println("Error executing transaction: " + e.getMessage());
                    conn.rollback();
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                System.err.println("Thread interrupted: " + e.getMessage());
                conn.rollback();
            }

        } catch (SQLException e) {
            System.err.println("Error connecting to database: " + e.getMessage());
        }
    }
}

在这个例子中，我们捕获了SQLException异常，并检查其错误码是否为1213（MySQL死锁错误码）。如果是死锁异常，则回滚事务，并可以添加重试逻辑。

九、InnoDB死锁处理机制的要点回顾

InnoDB通过等待图检测死锁，并选择回滚代价最小的事务作为受害者。
innodb_lock_wait_timeout参数控制锁等待超时时间，超过该时间InnoDB会自动回滚事务。
避免死锁的关键在于减少锁竞争，例如缩小事务范围、以固定顺序访问资源等。
客户端应该捕获死锁异常，并进行适当的处理，例如重试事务。

希望通过今天的讲解，大家对InnoDB的死锁检测和回滚机制有了更深入的理解。谢谢大家！

MySQL InnoDB存储引擎：死锁检测与回滚机制深入剖析

发表回复 取消回复

发表回复取消回复