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  • 数据库死锁

    2021-07-04 00:01:13
    什么样的数据读取需要加锁,数据隔离级别是什么样的,什么情况下该使用什么类型的锁,锁定的方式又是什么,在本小节梳理了相关背景知识,解答了以上疑问,以更清晰地了解锁机制及死锁产生的原因。 1.1.MVCC:快照读...

    一、背景知识

    Mysql innodb如何进行数据读取,什么样的数据读取需要加锁,数据隔离级别是什么样的,什么情况下该使用什么类型的锁,锁定的方式又是什么,在本小节梳理了相关背景知识,解答了以上疑问,以更清晰地了解锁机制及死锁产生的原因。

    1.1.MVCC:快照读(Snapshot Read)与当前读(Current Read

    MySQL InnoDB存储引擎,实现的是基于多版本的并发控制协议——MVCC (Multi-Version Concurrency Control) (注:与MVCC相对的,是基于锁的并发控制,Lock-Based Concurrency Control)。其最大的优点是:读不加锁,读写不冲突。在读多写少的OLTP应用中,读写不冲突是非常重要的,极大的增加了系统的并发性能,这也是为什么现阶段,几乎所有的RDBMS,都支持了MVCC。

     MVCC读取数据的方式分为快照读和当前读两种方式。快照读:读取指定版本,不需要加锁,如简单的select操作;当前读:读取的是记录的最新版本,并且,当前读返回的记录,都会加上锁,保证其他事务不会再并发修改这条记录。如插入、更新、删除操作,均需要进行加锁。之所以将这些操作归为当前读,用更新操作举例,在进行更新操作前,首先会读取当前的待更新数据库字段的值进行返回并加锁(当前读),待mysql收到这个加锁记录后,才会发起一个update的操作,更新该记录。删除操作同理,插入操作稍有不同,简单地说在执行插入前可能会触发唯一键检查操作,也会进行一个当前读。

    1.2.事务的四种隔离级别

    在数据库操作中,为了有效保证并发读取数据的正确性,提出的事务隔离级别。数据库锁也是为了构建这些隔离级别存在的。

    隔离级别

    脏读(Dirty Read)

    不可重复读(NonRepeatable Read)

    幻读(Phantom Read)

    未提交读(Read uncommitted)可能可能可能
    已提交读(Read committed)不可能可能可能
    可重复读(Repeatable read)不可能不可能可能
    可串行化(Serializable )不可能不可能不可能
    • 未提交读(Read Uncommitted):允许脏读,也就是可能读取到其他会话中未提交事务修改的数据
    • 提交读(Read Committed):只能读取到已经提交的数据。Oracle等多数数据库默认都是该级别 (不重复读)
    • 可重复读(Repeated Read):可重复读。在同一个事务内的查询都是事务开始时刻一致的,InnoDB默认级别。在SQL标准中,该隔离级别消除了不可重复读,但是还存在幻象读
    • 串行读(Serializable):完全串行化的读,每次读都需要获得表级共享锁,读写相互都会阻塞

    1.3.数据库锁类型

    根据对资源操作的不同,对资源锁定的级别也有所不同。MySQL InnoDB存储引擎的锁类型分为以下几种。

    锁类型

    描述

    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。
    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。

    上述锁类型之间的兼容关系如下

    XIXSIS
    X冲突冲突冲突冲突
    IX冲突兼容冲突兼容
    S冲突冲突兼容兼容
    IS冲突兼容兼容兼容

    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。对于当前读操作,InnoDB会自动给涉及数据集加排他锁(X);对于快照读操作,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。

    1.4.锁定方式

    mysql innodb支持三种行锁定方式:

    行锁(Record Lock):锁直接加在索引记录上面,锁住的是key。

    间隙锁(Gap Lock):锁定索引记录间隙,确保索引记录的间隙不变。间隙锁是针对事务隔离级别为可重复读或以上级别。

    Next-Key Lock :行锁和间隙锁组合起来就叫Next-Key Lock。

    默认情况下,InnoDB工作在可重复读隔离级别下,并且会以Next-Key Lock的方式对数据行进行加锁,这样可以有效防止幻读的发生。Next-Key Lock是行锁和间隙锁的组合,当InnoDB扫描索引记录的时候,会首先对索引记录加上行锁(Record Lock),再对索引记录两边的间隙加上间隙锁(Gap Lock)。加上间隙锁之后,其他事务就不能在这个间隙修改或者插入记录。

    二、数据库死锁定义及其产生的必要条件

    所谓数据库死锁是指两个或多个事务,各自占有对方的期望获得的资源,形成的循环等待,彼此无法继续正常执行的一种状态。

    从业务层看死锁产生具有一定的概率性,当具备了以下几个必要条件时,则会出现死锁:

    • 互斥条件:指进程对所分配到的资源进行排它性使用,即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源,则请求者只能等待,直至占有资源的进程用完释放。
    • 请求和保持条件:指进程已经保持至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源已被其它进程占有,此时请求进程阻塞,但又对自己获得的其它资源保持不放。
    • 不剥夺条件:指进程已获得的资源,在未使用完之前,不能被剥夺,只能在使用完时由自己释放。
    • 环路等待条件:指在发生死锁时,必然存在一个进程——资源的环形链,即进程集合{P0,P1,P2,···,Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源;P1正在等待P2占用的资源,……,Pn正在等待已被P0占用的资源。

    三、死锁问题示例及解决方法

    示例1:

    t_example1表 (F_column_1 primary key, F_id)

    F_id

    F_column_1

    ……

    11
    22
    33

    t_example2表(F_column_2 primary key, F_id)

    F_id

    F_column_2

    ……

    11
    22
    33

    session 1

    session 2

    begin transactionbegin transaction
    select * from t_example1 where F_column_1=1 for update
    select * from t_example2 where F_column_2=3 for update
    select * from t_example2 where F_column_2=3 for update
    select * from t_example1 where F_column_1=1 for update


    分析:上述死锁示例是比较常见的一种死锁,由于两个事务分别持有了一个行锁,分别等待对方释放所持有的行锁,因此导致了死锁。

    示例2:

    t_example3(F_id primary key, F_user_id )建立的索引为key (F_user_id)

    F_id

    F_user_id

    ……

    11
    23
    35

    session 1

    session 2

    begin transactionbegin transaction
    select XX from t_example3 where F_user_id=3 for update
    update t_example1 set XX where F_column_1=1
    update t_example1 set XX where F_column_1=1
    insert into t_example3 (F_id,F_user_id)values(4,2)

    分析:示例2之所以会产生死锁,因为表t_example3对F_user_id创建的是一个普通索引,session1在根据F_user_id查询条件执行select for update时,锁定的是上一条记录到下一条记录之间的区间,因此,该锁锁定区间为从记录1到5之间的区间,session2事务首先持有了表example1的F_column_1的行锁,接下来想要向表三种插入F_user_id=2的记录,其需要锁定的是记录1到记录3之间的区间,而其所尝试锁定的部分区间已经被session1的事务锁定,因此进入了等待状态,此时,session1的事务等待session2的事务所持有的表t_example1的F_column_1=1的行锁的释放,因此出现了死锁。

    当出现死锁后,通常采用破坏死锁产生的四个必要条件其中的一个或多个,来解决死锁问题。

    1)确保资源按照指定的顺序推进,破坏环状等待的现状

    上述示例一解决方法:将其中一个事务的sql执行顺序调整,确保加锁的顺序一致,从而避免死锁。

    2)尽可能缩小锁定资源的区间,避免gap锁所导致的死锁问题

    上述示例二解决方法:将t_example3表的索引由普通索引改成唯一索引,缩小锁定区间,解决间隙锁导致的死锁问题。

    3)设置锁超时时间,达到指定阈值后自动释放锁,破坏请求并保持条件

    这种方式相对被动,通过判断锁持有时间,超过指定阈值后,则释放其所持有的锁定资源,交由业务自身重试处理,使等待该资源的其他事务得以推进。目前的分布式数据库死锁,则是采用的锁超时的处理方式来解决不同分片上出现的死锁问题。

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  • 死锁(Deadlock)所谓死锁:是指两个或两个以上的进程在执行过程中,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。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等待的进程...

    死锁(Deadlock)

    所谓死锁:是指两个或两个以上的进程在执行过程中,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。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁,这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。由于资源占用是互斥的,当某个进程提出申请资源后,使得有关进程在无外力协助下,永远分配不到必需的资源而无法继续运行,这就产生了一种特殊现象死锁。 一种情形,此时执行程序中两个或多个线程发生永久堵塞(等待),每个线程都在等待被其他线程占用并堵塞了的资源。例如,如果线程A锁住了记录1并等待记录2,而线程B锁住了记录2并等待记录1,这样两个线程就发生了死锁现象。计算机系统中,如果系统的资源分配策略不当,更常见的可能是程序员写的程序有错误等,则会导致进程因竞争资源不当而产生死锁的现象。锁有多种实现方式,比如意向锁,共享-排他锁,锁表,树形协议,时间戳协议等等。锁还有多种粒度,比如可以在表上加锁,也可以在记录上加锁。

    产生死锁的原因主要是:

    (1)系统资源不足。

    (2) 进程运行推进的顺序不合适。

    (3)资源分配不当等。

    如果系统资源充足,进程的资源请求都能够得到满足,死锁出现的可能性就很低,否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。其次,进程运行推进顺序与速度不同,也可能产生死锁。

    产生死锁的四个必要条件:

    (1) 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。

    (2) 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。

    (3) 不剥夺条件:进程已获得的资源,在末使用完之前,不能强行剥夺。

    (4) 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

    这四个条件是死锁的必要条件,只要系统发生死锁,这些条件必然成立,而只要上述条件之一不满足,就不会发生死锁。

    死锁的预防和解除:

    理解了死锁的原因,尤其是产生死锁的四个必要条件,就可以最大可能地避免、预防和解除死锁。所以,在系统设计、进程调度等方面注意如何不让这四个必要条件成立,如何确定资源的合理分配算法,避免进程永久占据系统资源。此外,也要防止进程在处于等待状态的情况下占用资源,在系统运行过程中,对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查,并根据检查结果决定是否分配资源,若分配后系统可能发生死锁,则不予分配,否则予以分配 。因此,对资源的分配要给予合理的规划。

    如何将死锁减至最少

    虽然不能完全避免死锁,但可以使死锁的数量减至最少。将死锁减至最少可以增加事务的吞吐量并减少系统开销,因为只有很少的事务回滚,而回滚会取消事务执行的所有工作。由于死锁时回滚而由应用程序重新提交。

    下列方法有助于最大限度地降低死锁:

    (1)按同一顺序访问对象。

    (2)避免事务中的用户交互。

    (3)保持事务简短并在一个批处理中。

    (4)使用低隔离级别。

    (5)使用绑定连接。

    按同一顺序访问对象

    如果所有并发事务按同一顺序访问对象,则发生死锁的可能性会降低。例如,如果两个并发事务获得 Supplier 表上的锁,然后获得 Part 表上的锁,则在其中一个事务完成之前,另一个事务被阻塞在 Supplier 表上。第一个事务提交或回滚后,第二个事务继续进行。不发生死锁。将存储过程用于所有的数据修改可以标准化访问对象的顺序。

    避免事务中的用户交互

    避免编写包含用户交互的事务,因为运行没有用户交互的批处理的速度要远远快于用户手动响应查询的速度,例如答复应用程序请求参数的提示。例如,如果事务正在等待用户输入,而用户去吃午餐了或者甚至回家过周末了,则用户将此事务挂起使之不能完成。这样将降低系统的吞吐量,因为事务持有的任何锁只有在事务提交或回滚时才会释放。即使不出现死锁的情况,访问同一资源的其它事务也会被阻塞,等待该事务完成。

    保持事务简短并在一个批处理中

    在同一数据库中并发执行多个需要长时间运行的事务时通常发生死锁。事务运行时间越长,其持有排它锁或更新锁的时间也就越长,从而堵塞了其它活动并可能导致死锁。

    保持事务在一个批处理中,可以最小化事务的网络通信往返量,减少完成事务可能的延迟并释放锁。

    使用低隔离级别

    确定事务是否能在更低的隔离级别上运行。执行提交读允许事务读取另一个事务已读取(未修改)的数据,而不必等待第一个事务完成。使用较低的隔离级别(例如提交读)而不使用较高的隔离级别(例如可串行读)可以缩短持有共享锁的时间,从而降低了锁定争夺。

    使用绑定连接

    使用绑定连接使同一应用程序所打开的两个或多个连接可以相互合作。次级连接所获得的任何锁可以象由主连接获得的锁那样持有,反之亦然,因此不会相互阻塞。

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  • 做性能测试或者线上环境并发量比较大的时候经常出现数据库死锁的情况,下面介绍几种数据库死锁的检测方式和解决方式。都是采用sql命令实现的。如果不用命令行也可以通过查看数据库服务器的日志信息进行死锁检测,...

    做性能测试或者线上环境并发量比较大的时候经常出现数据库死锁的情况,下面介绍几种数据库死锁的检测方式和解决方式。都是采用sql命令实现的。如果不用命令行也可以通过查看数据库服务器的日志信息进行死锁检测,默认位置是mysql安装目录下的.error文件。也可以通过检测my.ini确定最终的路径

    //查看数据库最大连接数(可以通过更改my.ini进行修改)

    show status like 'Threads%';

    show variables like '%max_connections%';

    show processlist;

    //查找死锁所在的机器和用户名

    select username,lockwait,status,machine,program from v$session

    where sid in

    (select session_id from v$locked_object);

    //查找死锁所在的sql语句

    select sql_text from v$sql where hash_value in

    (select sql_hash_value from v$session where sid in

    (select session_id from v$locked_object));

    //mysql查找发生死锁的事务(LATEST DETECTED DEADLOCK模块)

    show engine innodb status \G;

    //查询是否锁表

    show OPEN TABLES where In_use > 0;

    //查询进程

    show

    processlist

    //查询到相对应的进程===然后

    kill id

    //查看正在锁的事务

    SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_LOCKS;

    //查看等待锁的事务

    SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_LOCK_WAITS;

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  • 什么是数据库死锁? 两个或以上事务同时对一批资源占用锁,并形成循环,就会造成事务死锁,一般报错如下: ... try restarting transaction 1 插入场景:(user_id和pool_id是联合唯一索引) ...
    什么是数据库死锁?
    两个或以上事务同时对一批资源占用锁,并形成循环,就会造成事务死锁,一般报错如下:
    com.mysql.jdbc.exceptions.jdbc4.MySQLTransactionRollbackException: Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction
    1 插入场景:(user_id和pool_id是联合唯一索引)
    场景:有一个job,定时会查出一批数据,然后分页,每页一千条数据批量插入数据库中,伪代码如下:
    ---------------------
    int totalRow = xxxMapper.count();
    for (int page=0; page <= totalRow/pageSize; page++) {
        List<Xxx> data = xxxMapper.selectByPage(page * pageSize, pageSize);  // 这里分页可用上一次的最大id,用偏移量只是方便理解
        if (CollectionUtils.isNotEmpty(data)) xxxMapper.batchInsert(data);
    }
    ---------------------
    上面没有开一个统一的事务,所以每次batchInsert()都是一次独立新的事务,多次独立事务批量插入,并且user_id和pool_id是联合唯一索引当时就发现如下问题:
    ### Error updating database.  Cause: com.mysql.jdbc.exceptions.jdbc4.MySQLTransactionRollbackException: Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction
    ### SQL: insert into leads_distribution_pool ( user_id, pool_id ) values ( ?,         ? ) ,  ( ?,         ? );
     
    - 产生原因分析(IK等待NK,而不同事务之间的NK又会相互等待RK导致的
    在分批插入中,事务A会先申请对应行记录(假设是1,2,3)的行锁X RK(排他 行级锁),然后事务B也会申请对应行记录(假设是4,5,6)X RK. 这时候事务A他需要插入,会先申请一个X IK(排他 插入意向锁),因为X IK是需要获取S NK锁(共享 next-key锁),但是由于事务B对4,5,6加了X RK,所以事务A的next-key锁里面的间隙锁无法对1,2,3周围的间隙如4加一个锁,这时候事务A就获取S NK锁失败,导致无法获取X IK锁,同理事务B也是这种,由于事务A的X NK阻塞,导致获取插入意向锁也失败,这样就会形成一种相互等待的状态,从而导致死锁。
    - 解决方案:
    -- 第一种:给批量插入加一个redis锁,处理完一个在处理下一个批量插入
    -- 第二种:降低隔离级别,比如把隔离级别变为可提交读(Innodb中S NK和X IK是Innodb可重复度级别才有)
     
    2 更新场景:(teacher_oa_id是普通索引,id是主键索引)
    - 原来的SQL:update user set hujin_wx_id = 121 WHERE teacher_oa_id = #{oaId}
    - 改造后的SQL:update user set hujin_wx_id = 121 WHERE id = #{id}
    区别就是原来的用了两个索引,而innodb中的行级锁是锁索引的,先会锁住非主键索引,再根据非主键索引找到主键索引,然后把主键索引锁住。
    问题就在这里,假设有另一个sql是:update user set teacher_oa_id = #{oaId}  WHERE id = #{id},这样就先锁住主键索引,然后更新teacher_oa_id需要获取这个非主键索引的行级锁,然后这时候由于另一条sql已经锁住teacher_oa_id索引了,这时候这条sql想去锁teacher_oa_id索引就失败了。然后原来的sql等待id主键索引的锁,另一个sql等待teacher_oa_id的索引.解决办法:将oaId改成用id来查找,这样直接找主键索引就不会死锁冲突。
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