MySQL 可重复读,差点就我背上了一个 P0 事故!

发布于: 2020 年 06 月 01 日
MySQL 可重复读,差点就我背上了一个 P0 事故!

小黑黑的碎碎念

哎,最近有点忙,备考复习不利,明天还要搬家,好难啊!!

本想着这周鸽了,但是想想还是不行,爬起来,更新一下,周更可不能断。偷懒一下,修改一下之前的一篇历史文章,重新发布一下。

P0 事故:余额多扣!

这是一个真实的生产事件,事件起因如下:

现有一个交易系统,每次产生交易都会更新相应账户的余额,出账扣减余额,入账增加余额。

为了保证资金安全,余额发生扣减时,需要比较现有余额与扣减金额大小,若扣减金额大于现有余额,扣减余额不足,扣减失败。

账户表(省去其他字段)结构如下:

CREATE TABLE `account`
(
`id` bigint(20) NOT NULL,
`balance` bigint(20) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE = InnoDB
DEFAULT CHARSET = utf8mb4
COLLATE = utf8mb4_bin;

扣减余额时,sql 语序如下所示:

ps:看到上面的语序,有没有个小问号?为什么相同查询了这么多次?

>

其实这些 SQL 语序并不在同个方法内,并且有些方法被抽出复用,所以导致一些相同查询结果没办法往下传递,所以只得再次从数据库中查询。

为了防止并发更新余额,在 t3 时刻,使用写锁锁住该行记录。若加锁成功,其他线程的若也执行到 t3,将会被阻塞,直到前一个线程事务提交。

t5 时刻,进入到下一个方法,再次获取账户余额,然后在 Java 方法内比较余额与扣减金额,若余额充足,在 t7 时刻执行更新操作。

上面的 SQL 语序看起来没有什么问题吧,实际也是这样的,账户系统已经在生产运行很久,没出现什么问题。但是这里需要说一个前提,系统数据库是 Oracle

但是从上面表结构,可以得知此次数据库被切换成 MySQL,系统其他任何代码以及配置都不修改(sql 存在小改动)。

就是这种情况下,并发执行发生余额多扣,即实际余额明明小于扣减金额,但是却做了余额更新操作,最后导致余额变成了负数。

下面我们来重现并发这种情况,假设有两个事务正在发执行该语序,执行顺序如图所示。

注意点:数据库使用的是 MySQL,默认事务隔离等级,即 RR。数据库记录为 id=1 balance=1000,假设只有当时只有这两个事务在执行。

各位读者可以先思考一下,t2,t3,t4,t5,t6,t11 时刻余额多少。

------

下面贴一下事务隔离等级RR 下的答案。

事务1 的查询结果为:

  • t2 (1,1000)

  • t4 (1,1000)

  • t6 (1,1000)

事务 2 的查询结果为:

  • t3 (1,1000)

  • t5 (1,900)

  • t11 (1,1000)

有没有跟你想的结果的一样?

接着将事务隔离等级修改成 RC,同样再来思考一下 t2,t3,t4,t5,t6,t11 时刻余额。

------

再次贴下事务隔离等级RC 下的答案。

事务1 的查询结果为:

  • t2 (1,1000)

  • t4 (1,1000)

  • t6 (1,1000)

事务 2 的查询结果为:

  • t3 (1,1000)

  • t5 (1,900)

  • t11 (1,900)

事务 1 的查询结果,大家应该会没有什么问题,主要疑问点应该在于事务 2,为什么换了事务隔离等级结果却不太一样?

下面我们先带着疑问,了解一下 MySQL 的相关原理 ,看完你就会明白这一切。

  • MVCC

  • 一致性视图

  • 快照读与当前读

MVCC

我们先来看下一个简单的例子,

事务隔离等级为 RR , id=1 balance=1000

事务 1 将 id=1 记录 balance 更新为 900,接着事务 2 在 t5 时刻查询该行记录结果,很显然该行记录应该为 id=1 balance=1000

如果 t5 查询最新结果 id=1 balance=900,这就读取到事务 1 未提交的数据,显然不符合当前事务隔离级别

从上面例子可以看到 id=1 的记录存在两个版本,事务 1 版本记录为 balance=1000 ,事务 2 版本记录为 balance=900

上述功能,MySQL 使用 MVCC 机制实现功能。

MVCC:Multiversion concurrency control,多版本并发控制。摘录一段淘宝数据库月报的解释:

多版本控制: 指的是一种提高并发的技术。最早的数据库系统,只有读读之间可以并发,读写,写读,写写都要阻塞。引入多版本之后,只有写写之间相互阻塞,其他三种操作都可以并行,这样大幅度提高了InnoDB的并发度。在内部实现中,与Postgres在数据行上实现多版本不同,InnoDB是在undolog中实现的,通过undolog可以找回数据的历史版本。找回的数据历史版本可以提供给用户读(按照隔离级别的定义,有些读请求只能看到比较老的数据版本),也可以在回滚的时候覆盖数据页上的数据。在InnoDB内部中,会记录一个全局的活跃读写事务数组,其主要用来判断事务的可见性。

可以看到 MVCC 主要用来提高并发,还可以用来读取老版本数据。

在学习 MVCC 原理之前,首先我们需要了解 MySQL 记录结构。

如上图所示,account 表一行记录,除了真实数据之外,还会存在三个隐藏字段,用来记录额外信息。

  • DBTRXID:事务id。

  • DBROLLPTR: 回滚指针,指向 undolog。

  • ROW_ID:行 id,与此次无关。

MySQL InnoDB 里面每个事务都会有一个唯一事务 ID,它在事务开始的时候会跟 InnoDB 的事务系统申请的,并且严格按照顺序递增的。

每次事务更新数据时,将会生成一个新的数据版本,然后会把当前的事务 id 赋值给当前记录的 DB_TRX_ID。并且数据更新记录(1,1000---->1,900)将会记录在 undo log(回滚日志)中,然后使用当前记录的 DB_ROLL_PTR 指向 und olog。

这样 MySQL 就可以通过 DBROLLPTR 找到 undolog 推导出之前版本记录内容。

查找过程如下:

若需要知道 V1 版本记录,首先根据当前版本 V3 的 DB_ROLL_PTR 找到 undolog,然后根据 undolog 内容,计算出上一个版本 V2。以此类推,最终找到 V1 这个版本记录。

V1,V2 并不是物理记录,没有真实存在,仅仅具有逻辑意义。

一行数据记录可能同时存在多个版本,但并不是所有记录都能对当前事务可见。不然上面 t5 就可能查询到最新的数据。所以查找数据版本时候 MySQL 必须判断数据版本是否对当前事务可见

一致性视图

MySQL 会在事务开始后建立一个一致性视图(*并不是立刻建立),在这个视图中,会保存所有活跃的事务(还未提交的事务*)。

假设当前事务保存活跃事务数组为如下图。

判断版本对于当前事务是否可见时,基于以下规则判断:

  1. 若版本事务 id 小于当前活跃事务 id 数组最小值,比如版本 id 为 40,小于活跃数组最小值 45。这就代表当前版本的事务已提交,当前版本对于当前事务可见。

  1. 若版本事务 id 大于当前活跃事务数组的最大值,如版本事务 id 为 100, 大于数组最大事务 id 90。说明了这个版本是当前事务创建之后生成,所以这个版本对于当前事务不可见。

  1. 若版本事务 id 是当前活跃数组事务之一,比如版本事务 id 为 56。代表记录版本所属事务还未提交,所以该版本对于当前事务不可见。

  1. 若版本事务 id 不是当前活跃数组事务之一,但是事务 id 位于活跃数组最小值与最大值之一,比如如事务 ID 57。代表当前记录事务已提交,所以该版本对于当前事务可见。

  1. 若版本事务 id 为当前事务 id,代表该行数据是当前事务变更的,当然得可见。

4 这个规则可能比较绕,结合上面图片比较好理解。

以上判断规则可能比较抽象,看不懂,没事,我们再用大白话解释一下:

  1. 未提交事务生成的记录版本,不可见。

  1. 视图生成前,已提交事务生成记录版本可见。

  1. 视图生成后,新事务生成记录版本不可见。

  1. 自身事务更新永远可见。

一致性视图只会在 RR 与 RC 下才会生成,对于 RR 来说,一致性视图会在第一个查询语句的时候生成。而对于 RC 来说,每个查询语句都会重新生成视图。

当前读与快照读

MySQL 使用 MVCC 机制,可以读取之前版本数据。这些旧版本记录不会且也无法再去修改,就像快照一样。所以我们将这种查询称为快照读

当然并不是所有查询都是快照读,select .... for update/ in share mode 这类加锁查询只会查询当前记录最新版本数据。我们将这种查询称为当前读。

问题分析

讲完原理之后,我们回过头分析一下上面查询结果的原因。

这里我们将上面答案再贴过来。

事务隔离级别为 RR,t2,t3 时刻两个事务由于查询语句,分别建立了一致性视图。

t4 时刻,由于事务 1 使用 select.. for update 为 id=1 这一行上了一把锁,然后获取到最新结果。而 t5 时刻,由于该行已被上锁,事务 2 必须等待事务 1 释放锁才能继续执行。

t6 时刻根据一致性视图,不能读取到其他事务提交的版本,所以数据没变。t8 时刻余额扣减 100,t9 时刻提交事务。

此时最新版本记录为 id=1 balance=900

由于事务 1 事务已提交,行锁被释放,t5 成功获取到锁。由于 t5 是当前读,所以查询的结果为最新版本数据(1,900)。

重点来了,当前这条记录的最新版本数据为 (1,900),但是最新版本事务 id,却是事务 2 创建之后未提交的事务,位于活跃事务数组中。所以最新记录版本对于事务 2 是不可见的。

没办法只能根据 undolog 去读取上一版本记录 (1,1000) ,这个版本记录刚好对于事务 2 可见,所以 t11 的记录为 (1,1000)

而当我们将事务隔离等级修改成 RC,每次都会重新生成一致性视图。所以 t11 时刻重新生成了一致性视图,这时候事务 1 已提交,当前最新版本的记录对于事务 2 可见,所以 t11 的结果将会变为 (1,900)

总结

MySQL 默认事务隔离等级为 RR,每一行数据(InnoDB)的都可以有多个版本,而每个版本都有独一的事务 id。

MySQL 通过一致性视图确保数据版本的可见性,相关规则总结如下:

  • 对于 RR 事务隔离等级,普通查询仅能查到事务启动前就已经提交完成的版本数据。

  • 对于 RC 事务隔离等级,普通查询可以查到查询语句启动前就已经提交完成的版本数据。

  • 当前读总是读取最新版本的数据。

帮助文档

[^1]: https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-multi-versioning.html

[^2]: http://mysql.taobao.org/monthly/2017/12/01/

[^3]: http://mysql.taobao.org/monthly/2018/11/04/

[^4]: https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-consistent-read.html

[^5]: 极客时间- MySQL 专栏--事务到底是隔离的还是不隔离的

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发布于: 2020 年 06 月 01 日 阅读数: 1671
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楼下小黑哥

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未秃头的程序猿,后端技术一枚 2017.10.27 加入

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使用 RC 帶來的 dirty read 可能在其他程序造成問題;這個 tranaction 應該有仔細盤點過,如果僅用於它,影響範圍或許不會擴大。提供另外幾種思維:
1. 將第一個操作改爲 select for update;MySQL 在 repeatable read 時會記錄讀取的 snapshot,若一併上鎖,能避免其他 transaction 對其修改,從而避免後續問題。同一個 tranaction 可以多次獲得同一個鎖,因此這個修改幾無副作用,除非是因爲鎖造成堵塞。
2. 將 t7 操作改爲 `update account set balance = balance - 100 where id = 1 and balance >= 100`,事後再透過檢查 rows affected 判斷是否成功 (0 row 表示成功)。同樣只需修改一步,未來重構再移除不必要的 t5, 6 等。
2020 年 06 月 05 日 11:32
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正常来说直接直接使用“select for update”的数值就可以,这是一个悲观锁,并发的场合会主动等待,同时还会加锁还是一个当前读,保证数据是准确的。
2020 年 06 月 02 日 21:40
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最后怎么解决的?
2020 年 06 月 02 日 15:36
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博主mysql新手吧....? 再说扣金额这种情况下最好用个乐观锁 update account set balance=balance-100 where balance=1000 再判断affect rows 比较好
2020 年 06 月 02 日 14:27
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感谢分享实践经验,这篇InfoQ首页推荐。
2020 年 06 月 01 日 09:35
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