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  • MySQL InnoDB锁问题

    InnoDB 与 MyISAM 的最大不同有两点:一是支持事务(TRANSACTION);二是采用了行级锁。

    查看 InnoDB行锁争用情况

    show status like 'innodb_row_lock%';

     如果发现锁争用比较严重,如InnoDB_row_lock_waits和InnoDB_row_lock_time_avg的值比较高,可以通过查询 information_schema 数据库中相关的表来查看锁情况,或者通过设置InnoDBMonitors来进一步观察发生锁冲突的表、数据行等,并分析锁争用的原因。

    (1)通过查询information_schema数据库中的表了解锁等待情况:

    select * from information_schema.innodb_locks;
    select * from information_schema.innodb_lock_waits;

    (2)通过设置 InnoDB Monitors观察锁冲突情况:

    更多:深入浅出MySQL-20.3.2

    InnoDB的行锁模式及加锁方法

    InnoDB实现了以下两种类型的行锁。

    共享锁(S):允许一个事务去读一行,阻止其他事务获得相同数据集的排他锁。

    排他锁(X):允许获得排他锁的事务更新数据,阻止其他事务取得相同数据集的共享读锁和排他写锁。

    另外,为了允许行锁和表锁共存,实现多粒度锁机制,InnoDB 还有两种内部使用的意向锁(Intention Locks),这两种意向锁都是表锁。

    意向共享锁(IS):事务打算给数据行加行共享锁,事务在给一个数据行加共享锁前必须先取得该表的IS锁。

    意向排他锁(IX):事务打算给数据行加行排他锁,事务在给一个数据行加排他锁前必须先取得该表的IX锁。

     如果一个事务请求的锁模式与当前的锁兼容,InnoDB 就将请求的锁授予该事务;反之,如果两者不兼容,该事务就要等待锁释放。

    意向锁是InnoDB自动加的,不需用户干预。对于UPDATE、DELETE和INSERT语句, InnoDB会自动给涉及数据集加排他锁(X);对于普通SELECT语句,InnoDB不会加任何锁;

    事务可以通过以下语句显示给记录集加共享锁或排他锁。

    共享锁(S):SELECT * FROM table_name WHERE ... LOCK IN SHARE MODE。

    排他锁(X):SELECT * FROM table_name WHERE ... FOR UPDATE。

    用SELECT ... IN SHARE MODE获得共享锁,主要用在需要数据依存关系时来确认某行记录是否存在,并确保没有人对这个记录进行UPDATE或者DELETE操作。但是如果当前事务也需要对该记录进行更新操作,则很有可能造成死锁,对于锁定行记录后需要进行更新操作的应用,应该使用SELECT...FOR UPDATE方式获得排他锁。

    在如表 20-7所示的例子中,使用了SELECT ... IN SHARE MODE加锁后再更新记录,看看会出现什么情况,其中actor表的actor_id字段为主键。

     

     当使用SELECT...FOR UPDATE加锁后再更新记录,出现如表 20-8所示的情况。

     

     InnoDB行锁实现方式

    InnoDB行锁是通过给索引上的索引项加锁来实现的,如果没有索引,InnoDB将通过隐藏的聚簇索引来对记录加锁。InnoDB行锁分为3种情形。

    Record lock:对索引项加锁。

    Gap lock:对索引项之间的“间隙”、第一条记录前的“间隙”或最后一条记录后的“间隙”加锁。

    Next-key lock:前两种的组合,对记录及其前面的间隙加锁。

    InnoDB这种行锁实现特点意味着:如果不通过索引条件检索数据,那么InnoDB将对表中的所有记录加锁,实际效果跟表锁一样!

    在实际应用中,要特别注意InnoDB行锁的这一特性,否则可能导致大量的锁冲突,从而影响并发性能。下面通过一些实际例子来加以说明。

    (1)在不通过索引条件查询时,InnoDB会锁定表中的所有记录。

    在如表20-9所示的例子中,开始tab_no_index表没有索引:

     在表20-9中,看起来session_1只给一行加了排他锁,但session_2在请求其他行的排他锁时,却出现了锁等待!原因就是在没有索引的情况下,InnoDB 会对所有记录都加锁。当给其增加一个索引后,InnoDB就只锁定了符合条件的行,如表20-10所示。

     (2)由于 MySQL 的行锁是针对索引加的锁,不是针对记录加的锁,所以虽然是访问不同行的记录,但是如果是使用相同的索引键,是会出现锁冲突的。应用设计的时候要注意这一点。

    在如表20-11所示的例子中,表tab_with_index的id字段有索引,name字段没有索引:

     (3)当表有多个索引的时候,不同的事务可以使用不同的索引锁定不同的行,不论是使用主键索引、唯一索引或普通索引,InnoDB都会使用行锁来对数据加锁。

    在如表20-12所示的例子中,表tab_with_index的id字段有主键索引,name字段有普通索引:

     (4)即便在条件中使用了索引字段,但是否使用索引来检索数据是由MySQL通过判断不同执行计划的代价来决定的,如果MySQL认为全表扫描效率更高,比如对一些很小的表,它就不会使用索引,这种情况下InnoDB也会对所有记录加锁。因此,在分析锁冲突时,别忘了检查SQL的执行计划,以确认是否真正使用了索引。

    Next-Key锁

    当我们用范围条件而不是相等条件检索数据,并请求共享或排他锁时,InnoDB 会给符合条件的已有数据记录的索引项加锁;对于键值在条件范围内但并不存在的记录,叫做“间隙(GAP)”,InnoDB也会对这个“间隙”加锁,这种锁机制就是所谓的Next-Key锁。

    举例来说,假如emp表中只有101条记录,其empid的值分别是1、2、…、100、101,下面的SQL:

    Select * from emp where empid > 100 for update;

    是一个范围条件的检索,InnoDB不仅会对符合条件的empid值为101的记录加锁,也会对empid大于101(这些记录并不存在)的“间隙”加锁。

    InnoDB使用Next-Key锁的目的,一方面是为了防止幻读,以满足相关隔离级别的要求,对于上面的例子,要是不使用间隙锁,如果其他事务插入了empid大于100的任何记录,那么本事务如果再次执行上述语句,就会发生幻读;另一方面,是为了满足其恢复和复制的需要。

    很显然,在使用范围条件检索并锁定记录时,InnoDB 这种加锁机制会阻塞符合条件范围内键值的并发插入,这往往会造成严重的锁等待。因此,在实际应用开发中,尤其是并发插入比较多的应用,我们要尽量优化业务逻辑,尽量使用相等条件来访问更新数据,避免使用范围条件。

    还要特别说明的是,InnoDB除了通过范围条件加锁时使用Next-Key锁外,如果使用相等条件请求给一个不存在的记录加锁,InnoDB也会使用Next-Key锁!

    在如表20-13所示的例子中,假如emp表中只有101条记录,其empid的值分别是1、2、…、100、101。

     

    恢复和复制的需要,对 InnoDB锁机制的影响

    MySQL通过BINLOG记录执行成功的INSERT、UPDATE、DELETE等更新数据的SQL语句,并由此实现MySQL数据库的恢复和主从复制。MySQL 5.6支持 3种日志格式,即基于语句的日志格式SBL、基于行的日志格式RBL和混合格式。它还支持4种复制模式。

    基于SQL语句的复制SBR:这也是MySQL最早支持的复制模式。

    基于行数据的复制RBR:这是MySQL 5.1以后开始支持的复制模式,主要优点是支持对非安全SQL的复制。

    混合复制模式:对安全的SQL语句采用基于SQL语句的复制模式,对于非安全的SQL语句采用居于行的复制模式。使用全局事务ID(GTIDs)的复制:主要是解决主从自动同步一致问题。

    对基于语句日志格式(SBL)的恢复和复制而言,由于MySQL的BINLOG是按照事务提交的先后顺序记录的,因此要正确恢复或复制数据,就必须满足:在一个事务未提交前,其他并发事务不能插入满足其锁定条件的任何记录,也就是不允许出现幻读。这已经超过了 ISO/ANSI SQL92“可重复读”隔离级别的要求,实际上是要求事务要串行化。这也是许多情况下,InnoDB要用到Next-Key锁的原因

    对于“insert into target_tab select * from source_tab where ...”和“create table new_tab...select ... From source_tab where ...(CTAS)”这种SQL语句,用户并没有对 source_tab做任何更新操作,但MySQL对这种SQL语句做了特别处理。先来看如表20-14所示的例子。

     在上面的例子中,只是简单地读source_tab表的数据,相当于执行一个普通的SELECT语句,用一致性读就可以了。Oracle 正是这么做的,它通过 MVCC 技术实现的多版本数据来实现一致性读,不需要给source_tab加任何锁。我们知道InnoDB也实现了多版本数据,对普通的SELECT一致性读,也不需要加任何锁;但这里InnoDB却给source_tab加了共享锁,并没有使用多版本数据一致性读技术!MySQL 为什么要这么做呢?其原因还是为了保证恢复和复制的正确性。因为在不加锁的情况下,如果在上述语句执行过程中,其他事务对source_tab做了更新操作,就可能导致数据恢复的结果错误。

    因此,INSERT...SELECT...和CREATE TABLE...SELECT...语句,可能会阻止对源表的并发更新。如果查询比较复杂,会造成严重的性能问题,读者在应用中应尽量避免使用。实际上,MySQL将这种 SQL叫做不确定(non-deterministic)的 SQL,属于“Unsafe SQL”,不推荐使用。

    如果应用中一定要用这种 SQL 来实现业务逻辑,又不希望对源表的并发更新产生影响,可以采取以下3种措施。

    一是采取上面示例中的做法,将 innodb_locks_unsafe_for_binlog 的值设置为“on”,强制MySQL使用多版本数据一致性读。但付出的代价是可能无法用BINLOG正确地恢复或复制数据,因此,不推荐使用这种方式。

    二是通过使用“select * from source_tab ... Into outfile”和“load data infile ...”语句组合来间接实现,采用这种方式MySQL不会给source_tab加锁。

    三是使用基于行的BINLOG格式和基于行数据的复制。

    InnoDB在不同隔离级别下的一致性读及锁的差异

    锁和多版本数据是 InnoDB实现一致性读和 ISO/ANSI SQL92隔离级别的手段,因此,在不同的隔离级别下,InnoDB处理SQL时采用的一致性读策略和需要的锁是不同的。同时,数据恢复和复制机制的特点,也对一些 SQL 的一致性读策略和锁策略有很大影响。将这些特性归纳成如表20-16所示的内容。

     从表20-16中可以看出,对于许多SQL,隔离级别越高,InnoDB给记录集加的锁就越严格(尤其是使用范围条件的时候),产生锁冲突的可能性也就越高,从而对并发性事务处理性能的影响也就越大。因此,我们在应用中,应该尽量使用较低的隔离级别,以减少锁争用的机率。实际上,通过优化事务逻辑,大部分应用使用Read Committed隔离级别就足够了。对于一些确实需要更高隔离级别的事务,可以通过在程序中执行 SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ或SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE动态改变隔离级别的方式满足需求。

    什么时候使用表锁

    对于InnoDB表,在绝大部分情况下都应该使用行级锁,因为事务和行锁往往是我们选择InnoDB表的理由。但在个别特殊事务中,也可以考虑使用表级锁。

    第一种情况是:事务需要更新大部分或全部数据,表又比较大,如果使用默认的行锁,不仅这个事务执行效率低,而且可能造成其他事务长时间锁等待和锁冲突,这种情况下可以考虑使用表锁来提高该事务的执行速度。

    第二种情况是:事务涉及多个表,比较复杂,很可能引起死锁,造成大量事务回滚。这种情况也可以考虑一次性锁定事务涉及的表,从而避免死锁,减少数据库因事务回滚带来的开销。

    当然,应用中这两种事务不能太多,否则,就应该考虑使用MyISAM表了。在InnoDB下,使用表锁要注意以下两点。

    (1)使用 LOCK TABLES虽然可以给 InnoDB加表级锁,但必须说明的是,表锁不是由 InnoDB 存储引擎层管理的,而是由其上一层─MySQL Server 负责的,仅当autocommit=0、innodb_table_locks=1(默认设置)时,InnoDB层才能知道MySQL加的表锁,MySQL Server也才能感知 InnoDB加的行锁,这种情况下,InnoDB才能自动识别涉及表级锁的死锁;否则,InnoDB将无法自动检测并处理这种死锁。

    (2)在用LOCK TABLES对 InnoDB表加锁时要注意,要将AUTOCOMMIT设为 0,否则MySQL不会给表加锁;事务结束前,不要用 UNLOCK TABLES释放表锁,因为 UNLOCK TABLES会隐含地提交事务;COMMIT或ROLLBACK并不能释放用LOCK TABLES加的表级锁,必须用UNLOCK TABLES释放表锁。

    例如,如果需要写表t1并从表t读,可以按如下做:

    SET AUTOCOMMIT=0;
    LOCK TABLES t1 WRITE, t2 READ, ...;
    [do something with tables t1 and t2 here];
    COMMIT;
    UNLOCK TABLES;

     关于死锁

    MyISAM表锁是 deadlock free的,这是因为MyISAM总是一次获得所需的全部锁,要么全部满足,要么等待,因此不会出现死锁。但在InnoDB中,除单个SQL组成的事务外,锁是逐步获得的,这就决定了在InnoDB中发生死锁是可能的。如表20-17所示的就是一个发生死锁的例子。

     在上面的例子中,两个事务都需要获得对方持有的排他锁才能继续完成事务,这种循环锁等待就是典型的死锁。

    发生死锁后,InnoDB 一般都能自动检测到,并使一个事务释放锁并回退,另一个事务获得锁,继续完成事务。但在涉及外部锁或涉及表锁的情况下,InnoDB 并不能完全自动检测到死锁,这需要通过设置锁等待超时参数innodb_lock_wait_timeout来解决。需要说明的是,这个参数并不是只用来解决死锁问题,在并发访问比较高的情况下,如果大量事务因无法立即获得所需的锁而挂起,会占用大量计算机资源,造成严重性能问题,甚至拖垮数据库。我们通过设置合适的锁等待超时阈值,可以避免这种情况发生。

    通常来说,死锁都是应用设计的问题,通过调整业务流程、数据库对象设计、事务大小,以及访问数据库的 SQL 语句,绝大部分死锁都可以避免。下面就通过实例来介绍几种避免死锁的常用方法。

    (1)在应用中,如果不同的程序会并发存取多个表,应尽量约定以相同的顺序来访问表,这样可以大大降低产生死锁的机会。在下面的例子中,由于两个 session访问两个表的顺序不同,发生死锁的机会就非常高!但如果以相同的顺序来访问,死锁就可以避免。

     

    (2)在程序以批量方式处理数据的时候,如果事先对数据排序,保证每个线程按固定的顺序来处理记录,也可以大大降低出现死锁的可能。

     

     (3)在事务中,如果要更新记录,应该直接申请足够级别的锁,即排他锁,而不应先申请共享锁,更新时再申请排他锁,因为当用户申请排他锁时,其他事务可能又已经获得了相同记录的共享锁,从而造成锁冲突,甚至死锁。

    (4)在REPEATABLE-READ隔离级别下,如果两个线程同时对相同条件记录用SELECT...FOR UPDATE加排他锁,在没有符合该条件记录情况下,两个线程都会加锁成功。程序发现记录尚不存在,就试图插入一条新记录,如果两个线程都这么做,就会出现死锁。这种情况下,将隔离级别改成READ COMMITTED,就可避免问题,如表 20-20所示。

     (5)当隔离级别为 READ COMMITTED 时,如果两个线程都先执行 SELECT...FOR UPDATE,判断是否存在符合条件的记录,如果没有,就插入记录。此时,只有一个线程能插入成功,另一个线程会出现锁等待,当第1个线程提交后,第2个线程会因主键重出错,但虽然这个线程出错了,却会获得一个排他锁!这时如果有第3个线程又来申请排他锁,也会出现死锁。

    对于这种情况,可以直接做插入操作,然后再捕获主键重异常,或者在遇到主键重错误时,总是执行ROLLBACK释放获得的排他锁,如表20-21所示。

     

     尽管通过上面介绍的设计和SQL优化等措施,可以大大减少死锁,但死锁很难完全避免。因此,在程序设计中总是捕获并处理死锁异常是一个很好的编程习惯。

    如果出现死锁,可以用SHOW INNODB STATUS命令来确定最后一个死锁产生的原因。返回结果中包括死锁相关事务的详细信息,如引发死锁的 SQL 语句,事务已经获得的锁,正在等待什么锁,以及被回滚的事务等。据此可以分析死锁产生的原因和改进措施。

    SHOW ENGINE INNODB STATUS;

    文章来源:深入浅出MySQL-20.3

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