07 | 行鎖功過：怎麼減小行鎖對性能的影響？

在上一篇文章中，我跟你介紹了MySQL的全局鎖和表級鎖，今天咱們就來說講MySQL的行鎖。

MySQL的行鎖是在引擎層由各個引擎本身實現的。但並非全部的引擎都支持行鎖，好比MyISAM引擎就不支持行鎖。不支持行鎖意味着併發控制只能使用表鎖，對於這種引擎的表，同一張表上任什麼時候刻只能有一個更新在執行，這就會影響到業務併發度。InnoDB是支持行鎖的，這也是MyISAM被InnoDB替代的重要緣由之一。

咱們今天就主要來聊聊InnoDB的行鎖，以及如何經過減小鎖衝突來提高業務併發度。

顧名思義，行鎖就是針對數據表中行記錄的鎖。這很好理解，好比事務A更新了一行，而這時候事務B也要更新同一行，則必須等事務A的操做完成後才能進行更新。

固然，數據庫中還有一些沒那麼一目瞭然的概念和設計，這些概念若是理解和使用不當，容易致使程序出現非預期行爲，好比兩階段鎖。

從兩階段鎖提及

我先給你舉個例子。在下面的操做序列中，事務B的update語句執行時會是什麼現象呢？假設字段id是表t的主鍵。

這個問題的結論取決於事務A在執行完兩條update語句後，持有哪些鎖，以及在何時釋放。你能夠驗證一下：實際上事務B的update語句會被阻塞，直到事務A執行commit以後，事務B才能繼續執行。

知道了這個答案，你必定知道了事務A持有的兩個記錄的行鎖，都是在commit的時候才釋放的。

也就是說，在InnoDB事務中，行鎖是在須要的時候才加上的，但並非不須要了就馬上釋放，而是要等到事務結束時才釋放。這個就是兩階段鎖協議。

知道了這個設定，對咱們使用事務有什麼幫助呢？那就是，若是你的事務中須要鎖多個行，要把最可能形成鎖衝突、最可能影響併發度的鎖儘可能日後放。我給你舉個例子。

假設你負責實現一個電影票在線交易業務，顧客A要在影院B購買電影票。咱們簡化一點，這個業務須要涉及到如下操做：

1. 從顧客A帳戶餘額中扣除電影票價；

2. 給影院B的帳戶餘額增長這張電影票價；

3. 記錄一條交易日誌。

也就是說，要完成這個交易，咱們須要update兩條記錄，並insert一條記錄。固然，爲了保證交易的原子性，咱們要把這三個操做放在一個事務中。那麼，你會怎樣安排這三個語句在事務中的順序呢？

試想若是同時有另一個顧客C要在影院B買票，那麼這兩個事務衝突的部分就是語句2了。由於它們要更新同一個影院帳戶的餘額，須要修改同一行數據。

根據兩階段鎖協議，不論你怎樣安排語句順序，全部的操做須要的行鎖都是在事務提交的時候才釋放的。因此，若是你把語句2安排在最後，好比按照三、一、2這樣的順序，那麼影院帳戶餘額這一行的鎖時間就最少。這就最大程度地減小了事務之間的鎖等待，提高了併發度。

好了，如今因爲你的正確設計，影院餘額這一行的行鎖在一個事務中不會停留很長時間。可是，這並無徹底解決你的困擾。

若是這個影院作活動，能夠低價預售一年內全部的電影票，並且這個活動只作一天。因而在活動時間開始的時候，你的MySQL就掛了。你登上服務器一看，CPU消耗接近100%，但整個數據庫每秒就執行不到100個事務。這是什麼緣由呢？

這裏，我就要說到死鎖和死鎖檢測了。

死鎖和死鎖檢測

當併發系統中不一樣線程出現循環資源依賴，涉及的線程都在等待別的線程釋放資源時，就會致使這幾個線程都進入無限等待的狀態，稱爲死鎖。這裏我用數據庫中的行鎖舉個例子。

這時候，事務A在等待事務B釋放id=2的行鎖，而事務B在等待事務A釋放id=1的行鎖。 事務A和事務B在互相等待對方的資源釋放，就是進入了死鎖狀態。當出現死鎖之後，有兩種策略：

• 一種策略是，直接進入等待，直到超時。這個超時時間能夠經過參數innodb_lock_wait_timeout來設置。
• 另外一種策略是，發起死鎖檢測，發現死鎖後，主動回滾死鎖鏈條中的某一個事務，讓其餘事務得以繼續執行。將參數innodb_deadlock_detect設置爲on，表示開啓這個邏輯。

在InnoDB中，innodb_lock_wait_timeout的默認值是50s，意味着若是採用第一個策略，當出現死鎖之後，第一個被鎖住的線程要過50s纔會超時退出，而後其餘線程纔有可能繼續執行。對於在線服務來講，這個等待時間每每是沒法接受的。

可是，咱們又不可能直接把這個時間設置成一個很小的值，好比1s。這樣當出現死鎖的時候，確實很快就能夠解開，但若是不是死鎖，而是簡單的鎖等待呢？因此，超時時間設置過短的話，會出現不少誤傷。

因此，正常狀況下咱們仍是要採用第二種策略，即：主動死鎖檢測，並且innodb_deadlock_detect的默認值自己就是on。主動死鎖檢測在發生死鎖的時候，是可以快速發現並進行處理的，可是它也是有額外負擔的。

你能夠想象一下這個過程：每當一個事務被鎖的時候，就要看看它所依賴的線程有沒有被別人鎖住，如此循環，最後判斷是否出現了循環等待，也就是死鎖。

那若是是咱們上面說到的全部事務都要更新同一行的場景呢？

每一個新來的被堵住的線程，都要判斷會不會因爲本身的加入致使了死鎖，這是一個時間複雜度是O(n)的操做。假設有1000個併發線程要同時更新同一行，那麼死鎖檢測操做就是100萬這個量級的。雖然最終檢測的結果是沒有死鎖，可是這期間要消耗大量的CPU資源。所以，你就會看到CPU利用率很高，可是每秒卻執行不了幾個事務。

根據上面的分析，咱們來討論一下，怎麼解決由這種熱點行更新致使的性能問題呢？問題的癥結在於，死鎖檢測要耗費大量的CPU資源。

一種頭痛醫頭的方法，就是若是你能確保這個業務必定不會出現死鎖，能夠臨時把死鎖檢測關掉。可是這種操做自己帶有必定的風險，由於業務設計的時候通常不會把死鎖當作一個嚴重錯誤，畢竟出現死鎖了，就回滾，而後經過業務重試通常就沒問題了，這是業務無損的。而關掉死鎖檢測意味着可能會出現大量的超時，這是業務有損的。

另外一個思路是控制併發度。根據上面的分析，你會發現若是併發可以控制住，好比同一行同時最多隻有10個線程在更新，那麼死鎖檢測的成本很低，就不會出現這個問題。一個直接的想法就是，在客戶端作併發控制。可是，你會很快發現這個方法不太可行，由於客戶端不少。我見過一個應用，有600個客戶端，這樣即便每一個客戶端控制到只有5個併發線程，彙總到數據庫服務端之後，峯值併發數也可能要達到3000。

所以，這個併發控制要作在數據庫服務端。若是你有中間件，能夠考慮在中間件實現；若是你的團隊有能修改MySQL源碼的人，也能夠作在MySQL裏面。基本思路就是，對於相同行的更新，在進入引擎以前排隊。這樣在InnoDB內部就不會有大量的死鎖檢測工做了。

可能你會問，若是團隊裏暫時沒有數據庫方面的專家，不能實現這樣的方案，能不能從設計上優化這個問題呢？

你能夠考慮經過將一行改爲邏輯上的多行來減小鎖衝突。仍是以影院帳戶爲例，能夠考慮放在多條記錄上，好比10個記錄，影院的帳戶總額等於這10個記錄的值的總和。這樣每次要給影院帳戶加金額的時候，隨機選其中一條記錄來加。這樣每次衝突機率變成原來的1/10，能夠減小鎖等待個數，也就減小了死鎖檢測的CPU消耗。

這個方案看上去是無損的，但其實這類方案須要根據業務邏輯作詳細設計。若是帳戶餘額可能會減小，好比退票邏輯，那麼這時候就須要考慮當一部分行記錄變成0的時候，代碼要有特殊處理。

小結

今天，我和你介紹了MySQL的行鎖，涉及了兩階段鎖協議、死鎖和死鎖檢測這兩大部份內容。

其中，我以兩階段協議爲起點，和你一塊兒討論了在開發的時候如何安排正確的事務語句。這裏的原則/我給你的建議是：若是你的事務中須要鎖多個行，要把最可能形成鎖衝突、最可能影響併發度的鎖的申請時機儘可能日後放。

可是，調整語句順序並不能徹底避免死鎖。因此咱們引入了死鎖和死鎖檢測的概念，以及提供了三個方案，來減小死鎖對數據庫的影響。減小死鎖的主要方向，就是控制訪問相同資源的併發事務量。

最後，我給你留下一個問題吧。若是你要刪除一個表裏面的前10000行數據，有如下三種方法能夠作到：

• 第一種，直接執行delete from T limit 10000;
• 第二種，在一個鏈接中循環執行20次 delete from T limit 500;
• 第三種，在20個鏈接中同時執行delete from T limit 500。

你會選擇哪種方法呢？爲何呢？

你能夠把你的思考和觀點寫在留言區裏，我會在下一篇文章的末尾和你討論這個問題。感謝你的收聽，也歡迎你把這篇文章分享給更多的朋友一塊兒閱讀。

上期問題時間

上期我給你留的問題是：當備庫用–single-transaction作邏輯備份的時候，若是從主庫的binlog傳來一個DDL語句會怎麼樣？

假設這個DDL是針對表t1的， 這裏我把備份過程當中幾個關鍵的語句列出來：

Q1:SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
Q2:START TRANSACTION WITH CONSISTENT SNAPSHOT；
/* other tables */
Q3:SAVEPOINT sp;
/* 時刻 1 */
Q4:show create table `t1`;
/* 時刻 2 */
Q5:SELECT * FROM `t1`;
/* 時刻 3 */
Q6:ROLLBACK TO SAVEPOINT sp;
/* 時刻 4 */
/* other tables */

在備份開始的時候，爲了確保RR（可重複讀）隔離級別，再設置一次RR隔離級別(Q1);

啓動事務，這裏用 WITH CONSISTENT SNAPSHOT確保這個語句執行完就能夠獲得一個一致性視圖（Q2)；

設置一個保存點，這個很重要（Q3）；

show create 是爲了拿到表結構(Q4)，而後正式導數據 （Q5），回滾到SAVEPOINT sp，在這裏的做用是釋放 t1的MDL鎖 （Q6。固然這部分屬於「超綱」，上文正文裏面都沒提到。

DDL從主庫傳過來的時間按照效果不一樣，我打了四個時刻。題目設定爲小表，咱們假定到達後，若是開始執行，則很快可以執行完成。

參考答案以下：

1. 若是在Q4語句執行以前到達，現象：沒有影響，備份拿到的是DDL後的表結構。

2. 若是在「時刻 2」到達，則表結構被改過，Q5執行的時候，報 Table definition has changed, please retry transaction，現象：mysqldump終止；

3. 若是在「時刻2」和「時刻3」之間到達，mysqldump佔着t1的MDL讀鎖，binlog被阻塞，現象：主從延遲，直到Q6執行完成。

4. 從「時刻4」開始，mysqldump釋放了MDL讀鎖，現象：沒有影響，備份拿到的是DDL前的表結構。