(六)行锁功过:怎么减少行锁对性能的影响?

MySQL的行锁是在引擎层由各个引擎自己实现的。但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,这就会影响到业务并发度。InnoDB是支持行锁的,这也是MyISAM被InnoDB替代的重要原因之一。

看图:

在操作同一张数据库表时,事务A  commit 之前,事务B必须等待着事务A的commit。事务B就会陷入阻塞的状态中了;

还有:

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会立刻释放,而是要等到事务结束时,才会释放。

这个就是两阶段锁协议;

场景:

 小明先从手机上买电影票,小红也紧跟着买电影票;

 操作必须的步骤:

                    1:  从客户账户余额中扣除钱;

                    2:给银行账户余额表中加钱:

                    3:日志记录;

   根据两阶段协议得知,小红会在 步骤2 发生等待;

优化:

 我们呢改变一下事务的执行顺序,把容易发生阻塞的放在最后一步:  3 1  2   

  这就最大程度地减少了事务之间的锁等待,提升了并发度。

  问题又来了:

如果这个影院做活动,可以低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。你登上服务器一看,CPU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?

接下来-死锁和死锁检测:

上述电影票问题原因: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。看图所示:

说明:

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。

解决办法:

      1.一种策略是,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。
      2.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innodb_deadlock_detect设置为on,表示开启这个逻辑。

两种方法分析:

        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,第一个被锁住的线程要过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,但如果不是死锁,而是简单的锁等待呢?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,是能够快速发现并进行处理的,但是它也是有额外负担的。

问题又注意:

       每当一个事务被锁的时候,就要看看它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,也就是死锁。
       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100万这个量级的。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,我们来讨论一下,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。

解决方法:

       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问题了,这是业务无损的。而关掉死锁检测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。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以后,峰值并发数也可能要达到3000。
        因此,这个并发控制要做在数据库服务端。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,对于相同行的更新,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;

 问题又来了: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。这样每次冲突概率变成原来的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,那么这时候就需要考虑当一部分行记录变成0的时候,代码要有特殊处理。

总结:

       今天,我和你介绍了MySQL的行锁,涉及了两阶段锁协议、死锁和死锁检测这两大部分内容。其中,我以两阶段协议为起点,和你一起讨论了在开发的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的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。

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