MK
摩柯社区 - 一个极简的技术知识社区
AI 面试

MySQL InnoDB存储引擎死锁检测机制

2023-01-152.8k 阅读

1. 死锁的基本概念

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，若无外力作用，它们都将无法推进下去。在数据库系统中，死锁是一种严重的问题，会导致事务无法完成，浪费系统资源，甚至可能影响整个数据库的性能。

以银行转账为例，假设有两个账户 A 和 B，余额分别为 1000 和 2000。事务 T1 要从 A 账户向 B 账户转账 500，事务 T2 要从 B 账户向 A 账户转账 300。如果 T1 先锁定 A 账户，然后 T2 锁定 B 账户，接着 T1 尝试锁定 B 账户，T2 尝试锁定 A 账户，此时就形成了死锁。因为 T1 在等待 T2 释放 B 账户的锁，而 T2 在等待 T1 释放 A 账户的锁，两个事务都无法继续执行。

2. InnoDB 存储引擎中的死锁场景

2.1 锁争用导致的死锁

在 InnoDB 中，行锁是主要的锁类型。当多个事务对相同的行数据进行操作时，就可能产生锁争用。例如，有两个事务 T1 和 T2：

-- 事务 T1
START TRANSACTION;
SELECT * FROM accounts WHERE account_id = 1 FOR UPDATE;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE account_id = 1;

-- 事务 T2
START TRANSACTION;
SELECT * FROM accounts WHERE account_id = 2 FOR UPDATE;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE account_id = 2;

如果此时 T1 想要更新 account_id 为 2 的记录，而 T2 想要更新 account_id 为 1 的记录，就可能因为锁争用导致死锁。

2.2 不同事务对同一数据对象加锁顺序不一致导致的死锁

假设有两个表 orders 和 order_items，orders 表存储订单信息，order_items 表存储订单中的商品信息，它们通过 order_id 关联。

-- 事务 T1
START TRANSACTION;
SELECT * FROM orders WHERE order_id = 101 FOR UPDATE;
SELECT * FROM order_items WHERE order_id = 101 FOR UPDATE;

-- 事务 T2
START TRANSACTION;
SELECT * FROM order_items WHERE order_id = 102 FOR UPDATE;
SELECT * FROM orders WHERE order_id = 102 FOR UPDATE;

如果 T1 想要操作 order_id 为 102 的数据，而 T2 想要操作 order_id 为 101 的数据，由于加锁顺序不一致，就可能出现死锁。

3. InnoDB 死锁检测机制的原理

InnoDB 使用 wait - for - graph（等待图）算法来检测死锁。等待图是一个有向图，其中节点是事务，边表示一个事务等待另一个事务释放锁。

当一个事务请求锁时，如果该锁被其他事务持有，InnoDB 会在等待图中添加一条从当前事务到持有锁事务的边。同时，InnoDB 会定期检查等待图是否存在环。如果存在环，就意味着发生了死锁。

例如，有事务 T1、T2 和 T3。T1 等待 T2 持有的锁，T2 等待 T3 持有的锁，T3 又等待 T1 持有的锁，这样就形成了一个环，InnoDB 检测到这个环后，就判定发生了死锁。

在检测到死锁后，InnoDB 会选择一个回滚代价最小的事务进行回滚，以打破死锁。回滚代价通常包括事务已经修改的数据量、事务持有锁的数量等因素。

4. 死锁检测相关的系统变量

4.1 innodb_deadlock_detect

该变量用于控制 InnoDB 是否开启死锁检测机制，默认值为 ON。当设置为 OFF 时，InnoDB 不会主动检测死锁，这可能会导致死锁一直存在，直到事务超时。一般情况下，建议保持默认开启状态，除非有特殊的性能优化需求，且能确保系统不会频繁出现死锁。

4.2 innodb_lock_wait_timeout

这个变量定义了一个事务等待锁的最长时间，默认值为 50 秒。当一个事务等待锁的时间超过这个值时，就会抛出 Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction 错误，事务会被自动回滚。可以根据实际业务需求调整这个值，如果业务中锁等待时间通常较长，可以适当增大这个值，但也要注意避免设置过大导致长时间占用资源。

5. 代码示例演示死锁及死锁检测

5.1 创建测试表

CREATE TABLE accounts (
    account_id INT PRIMARY KEY,
    balance DECIMAL(10, 2)
);

INSERT INTO accounts (account_id, balance) VALUES (1, 1000.00), (2, 2000.00);

5.2 模拟死锁场景

打开两个数据库连接，分别执行以下事务： 连接 1：

START TRANSACTION;
SELECT * FROM accounts WHERE account_id = 1 FOR UPDATE;
-- 模拟一些业务逻辑，暂停一段时间
SELECT SLEEP(5);
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE account_id = 1;

连接 2：

START TRANSACTION;
SELECT * FROM accounts WHERE account_id = 2 FOR UPDATE;
-- 模拟一些业务逻辑，暂停一段时间
SELECT SLEEP(5);
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE account_id = 2;

在上述代码中，连接 1 先锁定 account_id 为 1 的记录，连接 2 先锁定 account_id 为 2 的记录。然后，连接 1 尝试锁定 account_id 为 2 的记录，连接 2 尝试锁定 account_id 为 1 的记录，这样就会形成死锁。

5.3 观察死锁检测及处理

InnoDB 会检测到死锁，并选择一个事务进行回滚。可以通过查看数据库的错误日志（通常在 MySQL 安装目录的 data 目录下的 hostname.err 文件）来查看死锁相关信息。例如：

2024 - 01 - 01T12:00:00.000000Z 1234 [ERROR] InnoDB: Deadlock found when trying to get lock;
trying to schedule a restart of transaction

同时，被回滚的事务会收到错误提示，如 Error 1213: Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction。

6. 优化措施以减少死锁发生的概率

6.1 合理设计数据库结构

尽量避免在多个表之间形成复杂的关联关系，减少锁争用的范围。例如，在设计电商系统时，如果订单表和商品表之间有过多的间接关联，可能会导致多个事务在操作这些表时产生死锁。可以通过适当的冗余字段来简化关联，减少锁的争用。

6.2 统一加锁顺序

在编写事务代码时，确保所有事务对相同的数据对象按照相同的顺序加锁。例如，在涉及多个表的事务中，总是先对主表加锁，再对从表加锁。这样可以避免因为加锁顺序不一致而导致的死锁。

6.3 减少锁的持有时间

尽量将事务中的业务逻辑简化，缩短事务持有锁的时间。例如，在上述银行转账的例子中，如果在锁定账户后，尽快完成转账操作并提交事务，而不是进行大量不必要的计算或查询，就能减少死锁发生的概率。

6.4 调整死锁检测参数

根据系统的实际情况，合理调整 innodb_deadlock_detect 和 innodb_lock_wait_timeout 等参数。如果系统中偶尔出现死锁，但死锁对业务影响不大，可以适当增大 innodb_lock_wait_timeout，减少事务因等待锁超时被回滚的情况。如果系统频繁出现死锁，可以考虑优化业务逻辑，而不是单纯依赖死锁检测机制。

7. 死锁检测机制在高并发场景下的性能影响

在高并发场景下，死锁检测机制可能会带来一定的性能开销。因为 InnoDB 需要定期检查等待图，这需要消耗一定的 CPU 和内存资源。

随着并发事务数量的增加，等待图的规模也会增大，检查环的操作会变得更加复杂，检测死锁的时间成本也会增加。此外，如果频繁发生死锁，InnoDB 选择回滚事务也会带来额外的性能损失，因为回滚操作需要撤销已执行的事务操作，释放持有的锁等资源。

为了应对高并发场景下死锁检测的性能问题，可以采取以下措施：

  1. 优化业务逻辑：从根本上减少死锁发生的可能性，从而降低死锁检测的频率。
  2. 分布式锁：在分布式系统中，可以使用分布式锁来避免数据库层面的死锁。例如，使用 Redis 实现分布式锁，不同节点通过获取分布式锁来控制对共享资源的访问，减少数据库锁的争用。
  3. 分段加锁：将一个大事务拆分成多个小事务，每个小事务只对部分数据加锁，减少锁的粒度和持有时间，降低死锁发生的概率，同时也能减少死锁检测的压力。

8. 深入理解死锁检测中的回滚策略

当 InnoDB 检测到死锁后，会选择一个事务进行回滚。选择回滚事务的依据主要是回滚代价。回滚代价主要考虑以下几个因素：

  1. 已修改数据量：事务已经修改的数据行数越多，回滚代价越高。例如，一个事务修改了 100 行数据，另一个事务只修改了 10 行数据，在其他条件相同的情况下，修改 10 行数据的事务更有可能被选择回滚。
  2. 持有锁的数量：事务持有的锁越多，回滚代价越高。因为回滚时需要释放这些锁，涉及的操作和资源更多。
  3. 事务类型：InnoDB 会优先回滚非交互式事务。交互式事务通常是用户直接发起的，对用户体验影响较大，而非交互式事务可能是后台任务等，对用户影响相对较小。

InnoDB 在选择回滚事务时，会综合考虑这些因素，尽量选择回滚代价最小的事务来打破死锁。但需要注意的是，即使选择了回滚代价最小的事务，回滚操作本身也会带来一定的性能损失。因此，还是应该从预防死锁的角度出发，通过优化业务逻辑和数据库设计等方式，减少死锁的发生。

9. 死锁检测机制与其他数据库特性的关联

9.1 与事务隔离级别

不同的事务隔离级别会影响死锁发生的概率。例如，在 READ COMMITTED 隔离级别下，事务只能读取已提交的数据，锁的持有时间相对较短，死锁发生的概率可能会比 REPEATABLE READ 隔离级别低。在 REPEATABLE READ 隔离级别下，事务在整个执行过程中会持续持有锁，以保证数据的一致性，这可能会增加死锁发生的可能性。

9.2 与索引使用

合理的索引设计可以减少锁争用，从而降低死锁发生的概率。如果查询语句能够利用索引快速定位到需要操作的数据，就可以减少锁的范围和持有时间。例如，在上述 accounts 表中，如果对 account_id 字段建立了索引，事务在锁定记录时可以更精准地定位，避免锁定不必要的数据行，减少锁争用和死锁的发生。

9.3 与缓存机制

数据库缓存（如 InnoDB Buffer Pool）可以减少磁盘 I/O，提高系统性能。但在高并发场景下，如果缓存使用不当，也可能间接影响死锁的发生。例如，如果缓存中的数据一致性没有得到很好的维护，可能会导致多个事务对缓存数据和磁盘数据的操作不一致，进而引发锁争用和死锁。因此，在使用缓存时，需要确保缓存更新策略与事务处理机制相协调，以减少死锁发生的潜在风险。

10. 死锁检测机制在不同版本 MySQL 中的演进

随着 MySQL 版本的不断更新，InnoDB 死锁检测机制也在不断改进。

在早期版本中，死锁检测的性能可能相对较低，尤其是在高并发场景下，检测等待图的效率不高，可能会导致死锁不能及时被发现，或者检测死锁本身带来较大的性能开销。

在后续版本中，MySQL 对死锁检测算法进行了优化，提高了检测效率。例如，改进了等待图的存储结构和环检测算法，使得在处理大规模等待图时能够更快速地检测到死锁。同时，在选择回滚事务的策略上也更加智能和灵活，能够更准确地评估回滚代价，选择更合适的事务进行回滚。

此外，新版本还增加了一些监控和调试工具，方便数据库管理员和开发人员更好地了解死锁发生的情况。例如，可以通过 SHOW ENGINE INNODB STATUS 命令查看 InnoDB 存储引擎的状态信息，其中包含死锁相关的详细信息，如死锁发生的时间、涉及的事务、等待图结构等，有助于分析和解决死锁问题。

总之，MySQL 不断致力于提升 InnoDB 死锁检测机制的性能和可靠性，以适应日益复杂和高并发的应用场景。开发人员和数据库管理员需要关注 MySQL 版本的更新，及时了解和利用新的特性和优化，以保障数据库系统的稳定运行。