MySQL实战之行锁功过：怎么减少行锁对性能的影响？

1.前言

在上一篇博客中，已经介绍了MySQL的全局锁和表级锁，今天我们就讲一下MySQL的行锁

MySQL的行锁是在引擎层实现的。并不是所有的引擎都支持行锁，比如MyISAM引擎就不支持行锁。不支持行锁意味着并发控制只能使用表锁，对于这种引擎的表，同一张表上任何时刻只能有一个更新在执行，这很影响业务的并发度。InnoDB是支持行锁的，这也是MyISAM被InnoDB代替的重要原因之一。

今天就来聊聊InnoDB的行锁，以及如何通过减少锁冲突来提高业务的并发度。

行锁是针对数据表中行记录的锁。比如事务A更新了一行，而这时事务B也要更新同一行，则必须等事务A的操作完成后才能进行更新。

2.从两阶段锁说起

我们先看一个例子，在下面的操作序列中，事务B的update语句执行时会是什么现象呢？假设字段id是表t的主键

在这里插入图片描述

这个问题的结论取决于事务A在执行完两条update语句后，持有那些锁，以及在什么时候释放。你可以验证一下:事务B的update语句会被阻塞，直到事务A执行commit之后，事务B才能继续执行。

看到这个答案，你一定知道了事务A持有两个记录的行锁，都是在commit的时候释放的。

也就是说，在InnoDB事务中，行锁是在需要的时候才加上的，但并不是不需要了就立刻释放，而是要等到事务结束时才释放。这就是两阶段锁协议。

知道了这个设定，对我们使用事务有什么帮助呢？那就是，如果你的事务中需要锁多个行，要把最可能造成锁冲突、最可能影响并发度的锁尽量往后放。下面我们看一个例子。

假设你负责实现一个电影票在线交易业务，顾客A要在影院B购买电影票。我们简化一点，这个业务需要设计到一下操作：

1. 从顾客A账户余额中扣除电影票价。
2. 给影院B的账户余额增加这张电影票价。
3. 记录一条交易日志。

也就是说，要完成这个交易，我们需要update两条记录，并insert一条记录。当然，为了保证交易的原子性，我们要把这三个操作放在一个事务中。那么你会怎么样安排这三个语句在事务中的顺序呢？

试想如果同时有另外一个顾客C要在影院B买票，那么这两个事务冲突的部分就是语句2了。因为他们要更新同一个影院账号的余额，需要修改同一行数据。

根据两阶段锁协议，不论你怎样安排语句顺序，所有的操作需要的行锁都是在事务提交是才释放的。所有如果你把语句2安排在最后，比如按照3、1、2这样的顺序，那么影院账户余额这一行的锁时间。这就最大程度的减少了事务之间的锁等待，提高了并发度。

好了，现在由于你的正确设计，影院余额这一行的行锁在一个事务中不会停留很长时间。但是，这并没有完全解决你的困扰。

如果这个影院做活动，可以底价预售一年内所有的电影票，而且这个活动只做一天。于是在活动时间开始的时候，你的MySQL就挂了。你登录服务器一看，CPU的消耗接近100%，但整个数据库每秒就执行不到100个事务，这是什么原因呢？

这里，就是今天要讲的死锁和死锁检测了。

3.死锁和死锁检测

当并发系统中不同线程出现循环资源依赖，涉及的线程都在等待别的线程释放资源时，就会导致这几个线程都进入无限等待的状态，称为死锁。我们来看一个例子。

在这里插入图片描述

这时候，事务A在等待事务B释放id=2的行锁，而事务B在等待事务A释放id=1的行锁。事务A和事务B在互相等待对方的资源释放，就是进入了死锁状态。当出现死锁以后，有两种策略：

• 一种策略是，直接进入等待，直到超时。这个超时时间可以通过参数innodb_lock_wait_timeout来设置
• 另一种策略是，发起死锁检测，发现死锁后，主动回滚死锁链条中的某一个事务，让其他事务得以继续执行。将参数innod_deadlock_detect设置为on，表示开启这个逻辑。

在InnoDB中，innodb_lock_wait_timeout的默认值是50s，意味着如果采用第一个策略，当出现死锁以后，第一个被锁住要过50s才会超时退出，然后其他线程才有可能继续执行。对于在线服务来说，这个等待时间往往是无法接受的。

但是，我们又不可能直接把这个时间设置成一个很小的值，比如1s。这样当出现死锁的时候，确实很快就可以解开，但是如果不是死锁，而是简单的所等待呢？所以，超时时间设置太短的话，会出现很多误伤。

所以，正常情况下我们还是要采用第二种策略，即：主动死锁检测，而且innodb_deadlock_detect的默认值本身就是on。主动死锁检测在发生死锁的时候，是能快速发现并进行处理的，但是他也是有额外负担的。

你可以想象一下这个过程：每当一个事务被锁的时候，就要看看他所依赖的线程有没有被别人锁住，如此循环，最后判断是否出现了循环等待，就是死锁。

那如果是我们上面说到的所有事务都要更新同一行的场景呢？

每个新来的被堵住的线程，都要判断会不会由于自己的加入导致了死锁，这是一个时间复杂度是O(n)的操作，假设有1000个并发线程要同时更新同一行，那么死锁检测操作就是100万这个量级。虽然最终检测的结果是没有死锁，但是这期间要消耗大量的CPU资源。因此，你就会看到CPU利用率很高，但是每秒却执行不了几个事务。

根据上面的分析，我们讨论一下，怎么解决由这种热点行更新导致的性能问题呢？问题的症结在于，死锁检测要耗费大量的CPU资源。

一种头痛医头的方法，就是如果你能确保这个业务一定不会出现死锁，可以临时把死锁检测关掉。但是这种操作本身带有一定的风险，因为业务设计的时候一般不会把死锁当做一个严重错误，毕竟出现死锁了，就回滚，然后通过业务重试一般就没有问题了，这是业务无损的。而关闭死锁检测就意味着可能会出现大量的超时，这是业务有损的。

另一个思路是控制并发度。根据上面的分析，你会发现如果并发能够控制住，比如同一行同时最多只有10个线程更新，那么死锁检测的成本很低，就不会出现这个问题。一个直接的想法就是，在客户端做并发控制。但是，你会很快发现这个方法不太可行，因为客户端很多。我见过一个应用，有600个客户端，这样即使每个客户端控制到只有5个并发线程，汇总到数据库服务端后，峰值并发数也可能达到3000.

因此，并发控制要坐在数据库服务端。如果你有中间件，可以考虑在中间件实现；如果你的团队有能修改MySQL源码的人，也可以做在MySQL里面。基本思路就是，对于相同行更新，在进入引擎之前排队。这样在InnoDB内部就不会有大量的死锁检测工作了。

可能你会问，如果团队里暂时没有数据库方面的专家，不能实现这样的方案，能不能从设计上优化这个问题呢？

你可以考虑通过将一行改成逻辑上的多行来减少锁冲突。还是以影院账户为例，可以考虑放在多条记录上，比如10个记录，影院的账户总额等于这10个记录的值的总和。这样每次要给影院账户加金额的时候，随机选其中一条记录来加。这样每次冲突概率就变成了原来的1/10，可以减少锁等待个数，也就减少了死锁检测的CPU消耗。

这个方案看上去是无损的，但其实这类方案需要根据业务逻辑做详细设计。如果账户余额可能会减少，比如退票逻辑，那么这时就需要考虑当一部分行记录变成0的时候，代码要特殊处理了。

4.小结

今天，我们介绍了MySQL的行锁，涉及了两阶段锁协议，死锁和死锁检测两大部分内容。

其中，我们以两阶段协议为起点，一起讨论了在开发时候如何安排正确的事务语句。这里的原则我给你的建议是：如果你的事务中需要锁多个行，要把最可能造成锁冲突、最可能影响并发度的锁申请时机尽量往后放。

但是，调整语句顺序并不能完全避免死锁。所以我们引入了死锁和死锁检测的概念，以及提供了三个方案，来减少死锁对数据库的影响。减少死锁的主要方向，就是控制访问相同资源的并发事务量。