MySQL的锁等待：如何通过Performance Schema与InnoDB状态监控深入分析？ - 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锁等待：Performance Schema与InnoDB状态监控深入分析

大家好，今天我们来深入探讨MySQL中的锁等待问题，以及如何利用Performance Schema和InnoDB状态监控来诊断和解决这些问题。锁是数据库并发控制的重要机制，但如果使用不当，就会导致锁等待，降低系统性能。理解锁的原理、监控锁的状态、并能有效地分析锁等待的原因，对于优化数据库性能至关重要。

锁的基本概念与类型

在深入分析锁等待之前，我们先回顾一下MySQL中锁的基本概念和常见类型。

锁的作用: 保证数据的一致性和完整性，防止并发事务之间互相干扰。
锁的粒度: 表级锁、行级锁。
锁的模式: 共享锁（Shared Lock, S锁）、排他锁（Exclusive Lock, X锁）。
意向锁: InnoDB引入的锁，用于在表级别标识事务是否打算在行级别加锁。意向共享锁（IS锁）、意向排他锁（IX锁）。
Record Lock: 对索引记录加锁，锁定一条索引记录。
Gap Lock: 对索引记录间的间隙加锁，防止新的记录插入到间隙中，保证幻读隔离级别。
Next-Key Lock: Record Lock + Gap Lock，锁定索引记录以及该记录之前的间隙。

不同的隔离级别对锁的使用有不同的影响，例如，在REPEATABLE READ隔离级别下，InnoDB会使用Next-Key Lock来防止幻读。

锁等待产生的原因

锁等待的产生通常是由于以下几种原因：

长时间运行的事务: 一个事务持有锁的时间过长，导致其他事务需要等待。
高并发: 大量的事务同时访问相同的数据，导致锁冲突加剧。
索引缺失: 查询没有使用到索引，导致InnoDB不得不扫描大量的行，增加了锁的范围和持有时间。
死锁: 两个或多个事务互相持有对方需要的锁，导致循环等待。
不合理的事务设计: 事务范围过大，包含不必要的锁资源。

Performance Schema监控锁等待

Performance Schema是MySQL 5.5及以上版本引入的性能监控工具，它提供了丰富的锁相关信息，可以帮助我们诊断锁等待问题。

1. 启用Performance Schema:

默认情况下，Performance Schema可能没有完全启用。我们需要检查并启用相关的instrumentation和consumer。

-- 检查Performance Schema是否启用
SELECT @@performance_schema;

-- 如果未启用，则启用
SET GLOBAL performance_schema = ON;

-- 检查锁相关的instrumentation是否启用
SELECT * FROM performance_schema.setup_instruments WHERE NAME LIKE '%lock%';

-- 启用需要的instrumentation (例如：wait/lock/table/sql/handler)
UPDATE performance_schema.setup_instruments SET ENABLED = 'YES' WHERE NAME LIKE 'wait/lock/%';
UPDATE performance_schema.setup_instruments SET ENABLED = 'YES' WHERE NAME LIKE 'statement/%';
UPDATE performance_schema.setup_instruments SET ENABLED = 'YES' WHERE NAME LIKE 'stage/%';

-- 检查锁相关的consumer是否启用
SELECT * FROM performance_schema.setup_consumers WHERE NAME LIKE '%lock%';

-- 启用需要的consumer (例如：events_waits_current, events_waits_history, events_waits_history_long)
UPDATE performance_schema.setup_consumers SET ENABLED = 'YES' WHERE NAME LIKE '%waits%';

2. 关键的Performance Schema表:

events_waits_current: 显示当前正在等待的事件。
events_waits_history: 显示最近发生的事件的历史记录（短）。
events_waits_history_long: 显示最近发生的事件的历史记录（长）。
threads: 显示线程的信息。
global_status: 显示全局状态变量。
table_io_waits_summary_by_table: 显示表级别的IO等待统计。
table_lock_waits_summary_by_table: 显示表级别的锁等待统计。

3. 使用Performance Schema诊断锁等待:

下面是一些使用Performance Schema诊断锁等待的例子。

a. 查找当前正在等待锁的事务:

SELECT
    event_name,
    object_schema,
    object_name,
    index_name,
    lock_type,
    lock_mode,
    lock_duration,
    waiting_thread_id,
    blocking_thread_id
FROM performance_schema.data_lock_waits;

这个查询会显示当前正在等待锁的事务的信息，包括等待的事件类型、对象（表名）、锁类型、锁模式、等待的线程ID以及阻塞线程的ID。

b. 查找阻塞锁的事务的SQL语句:

SELECT
    t1.trx_id AS waiting_trx_id,
    t1.trx_mysql_thread_id AS waiting_thread,
    t2.trx_id AS blocking_trx_id,
    t2.trx_mysql_thread_id AS blocking_thread,
    t3.sql_text AS waiting_sql,
    t4.sql_text AS blocking_sql
FROM information_schema.innodb_lock_waits t
INNER JOIN information_schema.innodb_trx t1 ON t.requesting_trx_id = t1.trx_id
INNER JOIN information_schema.innodb_trx t2 ON t.blocking_trx_id = t2.trx_id
LEFT JOIN performance_schema.events_statements_history t3 ON t1.trx_mysql_thread_id = t3.thread_id
LEFT JOIN performance_schema.events_statements_history t4 ON t2.trx_mysql_thread_id = t4.thread_id
WHERE t3.event_id = (SELECT MAX(event_id) FROM performance_schema.events_statements_history WHERE thread_id = t1.trx_mysql_thread_id)
AND t4.event_id = (SELECT MAX(event_id) FROM performance_schema.events_statements_history WHERE thread_id = t2.trx_mysql_thread_id);

这个查询会显示等待锁的事务和阻塞锁的事务的ID，以及它们的SQL语句。需要注意的是，performance_schema.events_statements_history默认只保存最近的SQL语句，可以通过调整performance_schema_events_statements_history_size参数来增加保存的历史记录数量。

c. 分析表级别的锁等待:

SELECT
    OBJECT_SCHEMA,
    OBJECT_NAME,
    COUNT_STAR,
    SUM_TIMER_WAIT,
    SUM_TIMER_WAIT/COUNT_STAR AS avg_wait_time
FROM performance_schema.table_lock_waits_summary_by_table
WHERE OBJECT_SCHEMA <> 'performance_schema'
ORDER BY SUM_TIMER_WAIT DESC
LIMIT 10;

这个查询会显示表级别的锁等待统计信息，包括等待次数、总等待时间以及平均等待时间。可以帮助我们找到锁等待最严重的表。

d. 分析导致锁等待的SQL语句:

SELECT
    DIGEST_TEXT,
    COUNT_STAR,
    SUM_TIMER_WAIT,
    SUM_LOCK_TIME,
    AVG_TIMER_WAIT,
    AVG_LOCK_TIME
FROM performance_schema.events_statements_summary_by_digest
ORDER BY SUM_LOCK_TIME DESC
LIMIT 10;

这个查询会显示SQL语句的锁等待统计信息，包括总锁时间、平均锁时间。可以帮助我们找到导致锁等待的SQL语句。

InnoDB状态监控

除了Performance Schema，我们还可以通过SHOW ENGINE INNODB STATUS命令来获取InnoDB的状态信息，包括锁、事务、死锁等。

1. 获取InnoDB状态信息:

SHOW ENGINE INNODB STATUS;

这个命令会输出大量的文本信息，我们需要关注以下几个部分：

TRANSACTIONS: 显示当前活跃的事务列表。
LOCKS: 显示当前持有的锁列表。
LOCK WAIT: 显示当前正在等待锁的事务列表。
LATEST DETECTED DEADLOCK: 显示最近检测到的死锁信息。

2. 分析InnoDB状态信息:

TRANSACTIONS: 可以查看事务的ID、状态、开始时间、SQL语句等。通过分析事务的SQL语句和状态，可以找到长时间运行的事务。
LOCKS: 可以查看锁的类型、模式、锁定的对象（表名、行ID）等。通过分析锁的信息，可以找到锁冲突的原因。
LOCK WAIT: 可以查看正在等待锁的事务的信息，包括等待的锁类型、锁定的对象等。通过分析LOCK WAIT信息，可以找到锁等待的源头。
LATEST DETECTED DEADLOCK: 如果发生死锁，这个部分会显示死锁的详细信息，包括涉及的事务、锁、SQL语句等。

3. 使用InnoDB状态信息诊断锁等待:

下面是一些使用InnoDB状态信息诊断锁等待的例子。

a. 查找长时间运行的事务:

在SHOW ENGINE INNODB STATUS的TRANSACTIONS部分，查看trx_started字段，找到开始时间较早的事务，并查看其SQL语句，分析是否可以优化。

b. 查找锁冲突的事务:

在SHOW ENGINE INNODB STATUS的LOCKS和LOCK WAIT部分，查找持有相同对象（表名、行ID）的锁的事务，分析是否存在锁冲突。

c. 分析死锁信息:

在SHOW ENGINE INNODB STATUS的LATEST DETECTED DEADLOCK部分，查看死锁的详细信息，包括涉及的事务、锁、SQL语句等。根据死锁信息，修改SQL语句或者调整事务的隔离级别，避免死锁的发生。

锁等待的解决方案

诊断出锁等待的原因后，我们可以采取以下措施来解决问题：

优化SQL语句:
- 确保查询使用到索引，避免全表扫描。
- 避免在WHERE子句中使用函数或者表达式，导致索引失效。
- 尽量减少SELECT * 的使用，只选择需要的列。
优化事务设计:
- 尽量缩短事务的持续时间，减少锁的持有时间。
- 避免在事务中执行不必要的操作。
- 合理地设置事务的隔离级别。
- 尽量避免大事务的出现，将大事务拆分成多个小事务。
调整数据库参数:
- innodb_lock_wait_timeout: 设置锁等待的超时时间，避免事务长时间等待。
- innodb_deadlock_detect: 启用死锁检测，发现死锁后会自动回滚其中一个事务。
- max_connections: 设置最大连接数，避免连接数过多导致资源竞争。
代码层优化:
- 使用合理的重试机制，避免因锁等待导致程序崩溃。
- 在并发更新同一行数据时，可以使用乐观锁或者悲观锁来避免冲突。
避免死锁:
- 按照固定的顺序访问资源，避免循环等待。
- 尽量一次性获取所有需要的锁，避免在持有部分锁的情况下再请求其他锁。
- 使用SELECT ... FOR UPDATE或者SELECT ... LOCK IN SHARE MODE显式地加锁。

案例分析

假设我们发现orders表存在严重的锁等待，通过Performance Schema的分析，发现以下SQL语句的SUM_LOCK_TIME很高：

UPDATE orders SET status = 'shipped' WHERE order_id = ?;

经过分析，发现order_id字段上没有索引。因此，执行UPDATE语句时，InnoDB需要扫描整个表才能找到对应的记录，导致锁的范围扩大，锁的持有时间变长，从而引发锁等待。

解决方案：

在order_id字段上创建索引：

CREATE INDEX idx_order_id ON orders (order_id);

优化SQL语句，确保查询使用到索引：

UPDATE orders SET status = 'shipped' WHERE order_id = ?; -- 确保order_id参数的值类型与字段类型一致

通过以上优化，可以显著减少锁的范围和持有时间，从而缓解orders表的锁等待问题。

总结

锁等待是MySQL性能优化的一个重要方面。通过Performance Schema和InnoDB状态监控，我们可以深入了解锁的状态，诊断锁等待的原因，并采取相应的措施来解决问题。理解锁的原理、熟练掌握监控工具、以及灵活运用优化策略，是成为一名优秀的MySQL数据库工程师的必备技能。诊断问题、优化SQL和事务设计、调整参数是解决锁等待的有效手段。