MySQL 事务死锁问题排查 | 京东云技术团队

2023-09-26
北京
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一、背景

在预发环境中，由消息驱动最终触发执行事务来写库存，但是导致 MySQL 发生死锁，写库存失败。

com.mysql.jdbc.exceptions.jdbc4.MySQLTransactionRollbackException: rpc error: code = Aborted desc = Deadlock found when trying to get lock; try restarting transaction (errno 1213) (sqlstate 40001) (CallerID: ): Sql: "/* uag::omni_stock_rw;xx.xx.xx.xx:xxxxx;xx.xx.xx.xx:xxxxx;xx.xx.xx.xx:xxxxx;enable */  insert into stock_info(tenant_id, sku_id, store_id, available_num, actual_good_num, order_num, created, modified, SAVE_VERSION, stock_id) values (:vtg1, :vtg2, :_store_id0, :vtg4, :vtg5, :vtg6, now(), now(), :vtg7, :__seq0) /* vtgate:: keyspace_id:e267ed155be60efe */", BindVars: {__seq0: "type:INT64 value:"29332459" "_store_id0: "type:INT64 value:"50650235" "vtg1: "type:INT64 value:"71" "vtg2: "type:INT64 value:"113817631" "vtg3: "type:INT64 value:"50650235" "vtg4: "type:FLOAT64 value:"1000.000" "vtg5: "type:FLOAT64 value:"1000.000" "vtg6: "type:INT64 value:"0" "vtg7: "type:INT64 value:"20937611645" "}

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初步排查，在同一时刻有两条请求进行写库存的操作。

时间前后相差 1s，但最终执行结果是，这两个事务相互死锁，均失败。

事务定义非常简单，伪代码描述如下：

start transaction// 1、查询数据data = select for update(tenantId, storeId, skuId);if (data == null) {    // 插入数据    insert(tenantId, storeId, skuId);} else {    // 更新数据    update(tenantId, storeId, skuId);}end transaction

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该数据库表的索引结构如下：

所使用的数据库引擎为 Innodb，隔离级别为 RR[Repeatable Read]可重复读。

二、分析思路

首先了解下 Innodb 引擎中有关于锁的内容

2.1 Innodb 中的锁

2.1.1 行级锁

在 Innodb 引擎中，行级锁的实现方式有以下三种：

同时，在 Innodb 中实现了标准的行锁，按照锁定类型又可分为两类：

简言之，当某个事物获取了共享锁后，其他事物只能获取共享锁，若想获取排他锁，必须要等待共享锁释放；若某个事物获取了排他锁，则其余事物无论获取共享锁还是排他锁，都需要等待排他锁释放。如下表所示：

2.1.2 RR 隔离级别下加锁示例

假如现在有这样一张表 user，下面将针对不同的查询请求逐一分析加锁情况。user 表定义如下：

CREATE TABLE `user` (  `id` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主键ID',  `user_id` bigint(20) DEFAULT NULL COMMENT '用户id',  `mobile_num` bigint(20) NOT NULL COMMENT '手机号',  PRIMARY KEY (`id`),  UNIQUE KEY `IDX_USER_ID` (`user_id`),  KEY `IDX_MOBILE_NUM` (`mobile_num`)  ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='用户信息表'

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其中主键 id 与 user_id 为唯一索引，user_name 为普通索引。

假设该表中现有数据如下所示：

下面将使用 select ... for update 语句进行查询，分别针对唯一索引、普通索引来进行举例。

1、唯一索引等值查询

select * from userwhere id = 5 for update

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select * from userwhere user_id = 5 for update

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在这两条 SQL 中，Innodb 执行查询过程时，会如何加锁呢？

我们都知道 Innodb 默认的索引数据结构为 B+树，B+树的叶子结点包含指向下一个叶子结点的指针。在查询过程中，会按照 B+树的搜索方式来进行查找，其底层原理类似二分查找。故在加锁过程中会按照以下两条原则进行加锁：

1.只会对满足查询目标附近的区间加锁，并不是对搜索路径中的所有区间都加锁。本例中对搜索 id=5 或者 user_id=5 时，最终可以定位到满足该搜索条件的区域(1,5]。

2.加锁时，会以 Next key Lock 为加锁单位。那按照 1 满足的区域进行加 Next key Lock 锁（左开右闭），同时因为 id=5 或者 user_id=5 存在，所以该 Next key Lock 会退化为 Record Lock，故只对 id=5 或 user_id=5 这个索引行加锁。

如果查询的 id 不存在，例如：

select * from userwhere id = 6 for update

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按照上面两条原则，首先按照满足查询目标条件附近区域加锁，所以最终会找到的区间为(5,8]。因为 id=6 这条记录并不存在，所以 Next key Lock(5, 8]最终会退化为 Gap Lock，即对索引(5,8)加间隙锁。

2、唯一索引范围查询

select * from userwhere id >= 4 and id <8 for update

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同理，在范围查询中，会首先匹配左值 id=4，此时会对区间(1,5]加 Next key Lock，因为 id=4 不存在，所以锁退化为 Gap Lock(1,5)；接着会往后继续查找 id=8 的记录，直到找到第一个不满足的区间，即 Next key Lock(8, 9]，因为 8 不在范围内，所以锁退化为 Gap Lock(8, 9)。故该范围查询最终会锁的区域为(1, 9)

3、非唯一索引等值查询

对非唯一索引查询时，与上述的加锁方式稍有区别。除了要对包含查询值区间内加 Next key Lock 之外，还要对不满足查询条件的下一个区间加 Gap Lock，也就是需要加两把锁。

select * from userwhere mobile_num = 6 for update

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需要对索引(3, 6]加 Next key Lock，因为此时是非唯一索引，那么也就有可能有多个 6 存在，所以此时不会退化为 Record Lock；此外还要对不满足该查询条件的下一个区间加 Gap Lock，也就是对索引(6,7)加锁。故总体来看，对索引加了(3,6]Next key Lock 和(6, 7) Gap Lock。

若非唯一索引不命中时，如下：

select * from user where mobile_num = 8 for update

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那么需要对索引(7, 9]加 Next key Lock，又因为 8 不存在，所以锁退化为 Gap Lock (7, 9)

4、非唯一索引范围查询

select * from userwhere mobile_num >= 6 and mobile_num < 8for update

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首先先匹配 mobile_num=6，此时会对索引(3, 6]加 Next Key Lock，虽然此时非唯一索引存在，但是不会退化为 Record Lock；其次再看后半部分的查询 mobile_num=8，需要对索引(7, 9]加 Next key Lock，又因为 8 不存在，所以退化为 Gap Lock (7, 9)。最终，需要对索引行加 Next key Lock(3, 6] 和 Gap Lock(7, 9)。

2.1.3 意向锁（Intention Locks）

Innodb 为了支持多粒度锁定，引入了意向锁。意向锁是一种表级锁，用于表明事务将要对某张表某行数据操作而进行的锁定。同样，意向锁也分为类：共享意向锁（IS）和排他意向锁（IX）。

例如 select ... lock in shared mode 会设置共享意向锁 IS；select ... for update 会设置排他意向锁 IX

设置意向锁时需要按照以下两条原则进行设置：

1.当事务需要申请行的共享锁 S 时，必须先对表申请共享意向 IS 锁或更强的锁

2.当事务需要申请行的排他锁 X 时，必须先对表申请排他意向 IX 锁

表级锁兼容性矩阵如下表：

如果请求锁的事务与现有锁兼容，则会将锁授予该事务，但如果与现有锁冲突，则不会授予该事务。事务等待，直到冲突的现有锁被释放。

意向锁的目的就是为了说明事务正在对表的一行进行锁定，或将要对表的一行进行锁定。在意向锁概念中，除了对全表加锁会导致意向锁阻塞外，其余情况意向锁均不会阻塞任何请求！

2.1.4 插入意向锁

插入意向锁是一种特殊的意向锁，同时也是一种特殊的“Gap Lock”，是在 Insert 操作之前设置的 Gap Lock。

如果此时有多个事务执行 insert 操作，恰好需要插入的位置都在同一个 Gap Lock 中，但是并不是在 Gap Lock 的同一个位置时，此时的插入意向锁彼此之间不会阻塞。

2.2 过程分析

回到本文的问题上来，本文中有两个事务执行同样的动作，分别为先执行 select ... for update 获取排他锁，其次判断若为空，则执行 insert 动作，否则执行 update 动作。伪代码描述如下：

start transaction// 1、查询数据data = select for update(tenantId, storeId, skuId);if (data == null) {    // 插入数据    insert(tenantId, storeId, skuId);} else {    // 更新数据    update(tenantId, storeId, skuId);}end transaction

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现在对这两个事务所执行的动作进行逐一分析，如下表所示：

详细分析：

•时间点 1，事务 A 与事务 B 开始执行事务

•时间点 2，事务 A 执行 select ... for update 操作，执行该操作时首先需要申请意向排他锁 IX 作用于表上，接着申请到了排他锁 X 作用于区间，因为查询的值不存在，故 Next key Lock 退化为 Gap Lock。

•时间点 3，事务 B 执行 select ... for update 操作，首先申请意向排他锁 IX，根据2.1.3节表级锁兼容矩阵可以看到，意向锁之间是相互兼容的，故申请 IX 成功。由于查询值不存在，故可以申请 X 的 Gap Lock，而 Gap Lock 之间是可以共存的，不论是共享还是排他。这一点可以参考Innodb关于Gap Lock的描述，关键描述本文粘贴至此：

Gap locks can co-exist. A gap lock taken by one transaction does not prevent another transaction from taking a gap lock on the same gap. There is no difference between shared and exclusive gap locks. They do not conflict with each other, and they perform the same function.

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•时间点 4，事务 A 执行 insert 操作前，首先会申请插入意向锁，但此时事务 B 已经拥有了插入区间的排他锁，根据2.1.3节表级锁兼容矩阵可知，在已有 X 锁情况下，再次申请 IX 锁是冲突的，需要等待事务 B 对 X Gap Lock 释放。

•时间点 5，事务 B 执行 insert 操作前，也会首先申请插入意向锁，此时事务 A 也对插入区间拥有 X Gap Lock，因此需要等待事务 A 对 X 锁进行释放。

•时间点 6，事务 A 与事务 B 均在等待对方释放 X 锁，后被 MySQL 的死锁检测器检测到后，报 Dead Lock 错误。

思考：假如 select ... for update 查询的数据存在时，会是什么样的过程呢？过程如下表：

也就是当查询数据存在时，不会出现死锁问题。

三、解决方法

1、在事务开始之前，采用 CAS+分布式锁来控制并发写请求。分布式锁 key 可以设置为 store_skuId_version

2、事务过程可以改写为：

start transaction// RR级别下，读视图data = select from table(tenantId, storeId, skuId)if (data == null) {    // 可能出现写并发    insert} else {    data = select for update(tenantId, storeId, skuId)    update}end transaction

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虽然解决了插入数据不存在时会出现的死锁问题，但是可能存在并发写的问题，第一个事务获得锁会首先插入成功，第二个事务等待第一个事务提交后，插入数据，因为数据存在了所以报错回滚。

3、调整事务隔离级别为 RC，在 RC 下没有 next key lock（注意，此处并不准确，RC 会有少部分情况加 Next key lock），故此时仅仅会有 record lock，所以事务 2 进行 select for update 时需要等待事务 1 提交。

参考文献

[1] Innodb 锁官方文档：https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-locking.html

[2] https://blog.csdn.net/qq_43684538/article/details/131450395

[3] https://www.jianshu.com/p/027afd6345d5

[4] https://www.cnblogs.com/micrari/p/8029710.html

若有错误，还望批评指正