数据库一个 MySQL 死锁案例分析 --Index merge when update

early · 2019年04月21日 · 最后由 early 回复于 2019年11月29日 · 8629 次阅读

本文通过OKR来约束文章内容边界：

Objectives:

通过死锁案例分析，加深对 MySQL 锁的理解

Key Results:

交待死锁背景信息
介绍 MVCC、锁等相关的前置知识
分析出加锁细节
分析出为什么会死锁
给出对应策略并加以分析

死锁背景

死锁日志

*** (1) TRANSACTION:
TRANSACTION 641576, ACTIVE 0 sec starting index read
mysql tables in use 3, locked 3
LOCK WAIT 5 lock struct(s), heap size 1136, 4 row lock(s)
MySQL thread id 2289, OS thread handle 123145606135808, query id 1725930 localhost 127.0.0.1 root updating
UPDATE `lists` SET `updated_at` = '2019-04-20 17:17:57.752797'  WHERE (`interval` = 1 and started_at = 4)
*** (1) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 32 page no 6 n bits 328 index PRIMARY of table `live_room`.`lists` trx id 641576 lock_mode X locks rec but not gap waiting
Record lock, heap no 15 PHYSICAL RECORD: n_fields 11; compact format; info bits 0
*** (2) TRANSACTION:
TRANSACTION 641568, ACTIVE 0 sec starting index read
mysql tables in use 3, locked 3
5 lock struct(s), heap size 1136, 4 row lock(s)
MySQL thread id 2225, OS thread handle 123145587195904, query id 1725900 localhost 127.0.0.1 root updating
UPDATE `lists` SET `updated_at` = '2019-04-20 17:17:57.747561'  WHERE (`interval` = 2 and started_at = 3)
*** (2) HOLDS THE LOCK(S):
RECORD LOCKS space id 32 page no 6 n bits 328 index PRIMARY of table `live_room`.`lists` trx id 641568 lock_mode X locks rec but not gap
Record lock, heap no 15 PHYSICAL RECORD: n_fields 11; compact format; info bits 0
*** (2) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 32 page no 6 n bits 328 index PRIMARY of table `live_room`.`lists` trx id 641568 lock_mode X locks rec but not gap waiting
Record lock, heap no 9 PHYSICAL RECORD: n_fields 11; compact format; info bits 0
*** WE ROLL BACK TRANSACTION (2)

表结构

CREATE TABLE `lists` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `interval` bigint(20) DEFAULT '10000',
  `started_at` bigint(20) DEFAULT '1',
  `updated_at` timestamp NULL DEFAULT NULL,
  `enable` tinyint(1) DEFAULT '1',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `index_interval` (`interval`),
  KEY `index_started` (`started_at`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=15355 DEFAULT CHARSET=utf8

死锁 sql 执行计划

死锁信息梳理

UPDATE `lists` SET `updated_at` = ***  WHERE (`interval` = 1 and started_at = 4) -- 事务1
UPDATE `lists` SET `updated_at` = ***  WHERE (`interval` = 2 and started_at = 3) -- 事务2

死锁发生在两条 update 语句之间，它们有着相同的结构，只是更新的数据不同。有两个查询条件，彼此都单独有索引，在执行计划中，MySQL 使用了index merge来提升查询效率。

事务 1((1) TRANSACTION:) 持有 4 把行锁 (4 row lock(s)), 其中一把处于等待状态 ((1) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED)，位于页面编号为 6(page no 6) 的地方，锁针对的是主键索引 (index PRIMARY of table) 的记录锁 (Record lock)，只锁记录不锁区间 ( lock_mode X locks rec but not gap waiting)。

事务 2 持有 ((2) HOLDS THE LOCK(S)) 页面编号为 6(page no 6) 的一个主键记录锁 (应该正是事务 1 在等待的)，正在等待 ((2) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED) 页面编号为 6 中一把只锁记录不锁区间的主键锁。

可以看出，两个事务互相拥有对方需要的主键记录锁，而又在等待对方的另一把锁释放，所以造成了死锁。

看一看两条语句相关的内容：

可以看到，两条语句并没有重合的内容，感觉上不符合"常理"，那么问题问题来了：

为什么还会产生死锁？

要搞清楚为什么会死锁，必须得知道语句执行的时候到底发生了什么。接下来一步步理清思路，一起来解答这个问题。

保证数据一致性

innodb 支持数据库 ACID 的特性，在数据更新时会保证数据一致性，上文中死锁的 update 语句不管怎么执行，数据库都会保证数据的合法性，不会使数据丢失或错误，那么它怎么来实现这点呢？

简单来说，就是对数据加锁，最小粒度就是行级锁。而锁会明显削弱并发性能，为了提高并发性，MySQL 实现了MVCC，也就是多版本并发控制，实现读不加锁，读写不冲突，它将读取操作分为两种：

快照读，不加锁
当前读，加锁

快照读就是常规的select语句，读取时不加锁，但有可能读不到最新版本，所以叫快照读。

当前读是读取数据的最新版本，有以下几种情况：

select * from table where ? lock in share mode;
select * from table where ? for update;
insert into table values (…);insert 可能会触发 unique 检查，也算当前读
update table set ? where ?;
delete from table where ?;

增删改本质上有两部分： 先将数据读取出来，再对数据进行修改。前一部分读取操作是当前读，需要获取最新版本的数据。为了防止其他并发的事务对数据进行修改，当前读需要对当前数据加上互斥锁，修改完成后才将锁释放，将数据的修改串行化，保证安全。

在数据库事务中，一般会有多条增删改查的语句，事务中数据上下文之间还可能会有相互依赖，这使得锁的情况变得复杂化，对应的事务有四大隔离级别，本文会涉及可重复读和读取已提交两种：

Repeatable Read (RR) 针对当前读，RR 隔离级别保证对读取到的记录加锁 (记录锁)，同时保证对读取的范围加锁，新的满足查询条件的记录不能够插入 (间隙锁)，不存在幻读现象 (事务期间多次当前读的结果一样)。快照读通过创建事务级 ReadView 实现读取版本在事务期间不变。
Read Committed (RC) 针对当前读，RC 隔离级别保证对读取到的记录加锁 (记录锁)，存在幻读现象 (两次当前读的结果不一样)。快照读通过创建语句级 ReadView，读取版本在事务期间可能会读到新更新的版本。

RR 和 RC 核心区别在与是否有间隙锁锁住区间，实现可重复读。RC 还有半一致性读等锁优化。

理清楚了背景知识，现在我们知道死锁的原因可能和当前读以及 RR 中的间隙锁有关。接下来从死锁本身的信息出发，梳理出问题的答案。

死锁过程分析

锁产生在当前读，所以需要回到执行计划，查看当前读如何进行。上文中的执行计划中可以看到，MySQL 使用了 index merge，使用两个索引分别读数据，然后将数据进行 intersect(取交集)。也就是说当前读发生在了两个索引上，这就是问题的关键。

接下来分析通过索引进行当前读的过程，以index_interval这个索引为例，这是一个二级索引，在 inndb 中，二级索引是一堆独立的数据，每个二级索引记录会持有一个主键 ID。

UPDATE `lists` SET `updated_at` = ***  WHERE (`interval` = 1 and started_at = 4) --事务1

MySQL Server 通过条件 ( interval = 1) 在索引上进行当前读，会将 index_interval 这个二级索引中满足 interval = 1 全部返回，并加上互斥锁，避免数据被其他并发事务修改。(锁住二级索引)

因为要修改的数据是主键所在的行数据 (聚簇索引)，所以第二步还需要通过二级索引对应的主键 ID 读取实际的数据。这也是一个当前读，读取之后会对数据加上互斥锁，锁住主键 (就是死锁日志中的 index PRIMARY ··· Record lock)。

为什么锁了二级索引还要锁住对应的主键呢？因为一个主键 ID 可能会被多个二级索引持有，其他二级索引过来的当前读也可能会修改主键索引。

如果隔离级别是 RR 的话，还需要用间隙锁锁住区间，示意图如下：

上图为锁示意图，其中 X1 表示事务 1 的互斥锁，同理事务 2，X1-Gap 表示事务 1 的间隙锁，同理事务 2，RC 级别下忽略间隙锁。

间隙锁用来锁住区间，防止在满足条件的区间中有新的数据插入进来，RR 下会导致幻读，比如事务 1:

UPDATE `lists` SET `updated_at` = ***  WHERE (`interval` = 1 and started_at = 4) --事务1
UPDATE `lists` SET `updated_at` = ***  WHERE (`interval` = 2 and started_at = 3) -- 事务2

通过 interval 进行当前读时，上图可见 index_interval 索引中只有一条数据，需要防止新的 interval=1 的数据插入进来，所以需要锁住区间。

因为二级索引是有序的，下一个 interval=1 的记录只会插入在 [0,1],[1,1],[1,2] 这三个位置 (X1-Gap-interval)，所以将这三个间隙锁住，即可防止幻读。

以上交待了锁：互斥锁、间隙锁，以及锁施加的位置：二级索引、主键。搞清楚了这些细节后，接下来要进一步顺着执行计划搞清楚加锁的顺序。

设定两个条件：

假设执行计划先读 index_interval，再读 index_started (不重要)
假设数据库中的数据关系如上图（重要）

则事务 1 加锁的顺序依次是：

interval [1,1]
interval-Gap [0, 1], [1, 1], [1, 2]
主键 [1, 2]
started_at [4]
started-Gap [3, 4], [4, 5]
主键 [3]

事务 2 加锁的顺序依次是：

interval [2]
interval-Gap [1, 2], [2, 3]
主键 [3]
started_at [3]
started-Gap [2, 3], [3, 4]
主键 [2]

由以上可以看出，事务 1 和事务 2 对主键加锁的方向是相反的！！！ 当出现以下时序即可出现死锁：


1. 事务 1 - 锁住主键 2
	2.事务 2 - 锁住主键 3
3.事务 1 - 准备锁主键 3 -- 等待锁释放
	4. 事务 2 - 准备锁主键 2 -- 等待锁释放

死锁成功出现，这也是上文死锁出现的原因！！！

通过以上分析可知，死锁出现的原因和 index merge 有很大的关联，因为当前读锁住了一些本次 update 根本不需要的记录，而两条 update 语句锁住的无用记录刚好有重合的数据，同时因为数据分布的原因导致加锁的顺序刚好相反，导致死锁的发生。这一点在MySQL5.6 就有 bug 提出，index merge 增大了死锁的可能性。（5.7 还可以重现）

解决方案

通过上面的梳理，如果没有使用 index merge 则本案的死锁情况可以避免。所以加上一组联合索引即可解决本文场景下的死锁问题。（执行计划得用组合索引）

alter table lists add index u_started_at_interval(`started_at`, `interval`)

如上的二级索引有两层，第一层以 started_at 为序，第二层以 interval 为序，结构示例如下：

100(2,3,5,7,9), 101(70), 105(34,35,37,80) ···

100, 101, 105 为第一层 started_at, 括号内的为第二层，彼此都有序。当执行计划使用这个联合索引进行当前读时，因为二级索引有序，相同的条件当前读加锁的顺序是一样的，不会出现交叉，不同条件的当前读不会有重合的主键数据，这就避免了上面数据交叉且加锁顺序相反的情况，避开了死锁。

死锁的场景复杂多变，本案例只是九牛一毛，加联合索引的方案也只是减少了某种数据分布情况下的死锁概率。

参考资料

10 个赞

理解数据库事务

无引用文章

xiaoer2009 #1 2019年11月26日

非常感谢，因为我们线上遇到了这个问题，却不知道什么原因，网上大部分的解释都是间隙锁的问题，而且大部分都是同一篇文章，作为一个程序员，知道有问题却不知道什么原因引起的是非常不爽的事情，找了半天找到了你这篇文章，让我很有收获

early #2 2019年11月29日

对

xiaoer2009 回复

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保证数据一致性

死锁过程分析

解决方案

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