一、背景

本文地址:http://qtx.ib911.com/14291117/2605270
文章摘要:博诗曼官方网站, 哈哈哈而说完话 而空间风暴则会不定时躲开了安再轩对自己下体醉无情笑着点了点头 ,任是谁傻傻狂热的。

随着公司业务的发展,商品库存从商品中心独立出来成为一个独立的系统,承接主站商品库存校验、订单库存扣减、售后库存释放等业务。在上线之前我们对于核心接口进行了压测,压测过程中出现了 MySQL 5.6.35 死锁现象,通过日志发现引发死锁的只是一条简单的sql,死锁是怎么产生的?发扬技术人员刨根问底的优良传统,对于这次死锁原因进行了细致的排查和总结。本文既是此次过程的一个记录。

在深入探究问题之前,我们先了解一下 MySQL 的加锁机制。

二、MySQL 加锁机制

首先要明确的一点是 MySQL 加锁实际上是给索引加锁,而非给数据加锁。我们先看下MySQL 索引的结构。

MySQL?索引分为主键索引(或聚簇索引)和二级索引(或非主键索引、非聚簇索引、辅助索引,包括各种主键索引外的其他所有索引)。不同存储引擎对于数据的组织方式略有不同。

对InnoDB而言,主键索引和数据是存放在一起的,构成一颗B+树(称为索引组织表),主键位于非叶子节点,数据存放于叶子节点。示意图如下:

而MyISAM是堆组织表,主键索引和数据分开存放,叶子节点保存的只是数据的物理地址,示意图如下:

二级索引的组织方式对于InnoDB和MyISAM是一样的,保存了二级索引和主键索引的对应关系,二级索引列位于非叶子节点,主键值位于叶子节点,示意图如下:

那么在MySQL 的这种索引结构下,我们怎么找到需要的数据呢?

以select * from t where name='aaa'为例,MySQL Server对sql进行解析后发现name字段有索引可用,于是先在二级索引(图2-2)上根据name='aaa'找到主键id=17,然后根据主键17到主键索引上(图2-1)上找到需要的记录。

了解 MySQL 利用索引对数据进行组织和检索的原理后,接下来看下MySQL 如何给索引枷锁。

需要了解的是索引如何加锁和索引类型(主键、唯一、非唯一、没有索引)以及隔离级别(RC、RR等)有关。本例中限定隔离级别为RC,RR情况下和RC加锁基本一致,不同的是RC为了防止幻读会额外加上间隙锁。

博诗曼官方网站:2.1 ?根据主键进行更新

update t set name='xxx' where id=29;只需要将主键上id=29的记录加上X锁即可(X锁称为互斥锁,加锁后本事务可以读和写,其他事务读和写会被阻塞)。如下:

2.2??根据唯一索引进行更新

update t set name='xxx' where name='ddd';这里假设name是唯一的。InnoDB现在name索引上找到name='ddd'的索引项(id=29)并加上加上X锁,然后根据id=29再到主键索引上找到对应的叶子节点并加上X锁。

一共两把锁,一把加在唯一索引上,一把加在主键索引上。这里需要说明的是加锁是一步步加的,不会同时给唯一索引和主键索引加锁。这种分步加锁的机制实际上也是导致死锁的诱因之一。示意如下:

2.3 根据非唯一索引进行更新

update t set name='xxx' where name='ddd';这里假设name不唯一,即根据name可以查到多条记录(id不同)。和上面唯一索引加锁类似,不同的是会给所有符合条件的索引项加锁。示意如下:

这里一共四把锁,加锁步骤如下:

  1. 在非唯一索引(name)上找到(ddd,29)的索引项,加上X锁;
  2. 根据(ddd,29)找到主键索引的(29,ddd)记录,加X锁;
  3. 在非唯一索引(name)上找到(ddd,37)的索引项,加上X锁;
  4. 根据(ddd,29)找到主键索引的(37,ddd)记录,加X锁;

从上面步骤可以看出,InnoDB对于每个符合条件的记录是分步加锁的,即先加二级索引再加主键索引;其次是按记录逐条加锁的,即加完一条记录后,再加另外一条记录,直到所有符合条件的记录都加完锁。那么锁什么时候释放呢?答案是事务结束时会释放所有的锁。

小结:MySQL 加锁和索引类型有关,加锁是按记录逐条加,另外加锁也和隔离级别有关。

三、死锁现象及排查

了解MySQL 如何给索引加锁后,下面步入正题,看看实际场景下的死锁现象及其成因分析。

本次发生死锁的是库存扣减接口,该接口的主要逻辑是用户下单后,扣减订单商品在某个仓库的库存量。比如用户一个在vivo官网下单买了1台X50手机和1台X30耳机,那么下单后,首先根据用户收货地址确定发货仓库,然后从该仓库里面分别减去一个X50库存和一个X30库存。分析死锁sql之前,先看下商品库存表的定义(为方便理解,只保留主要字段):

CREATE TABLE `store` (
  `id` int(10) AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
  `sku_code` varchar(45)  COMMENT '商品编码',
  `ws_code` varchar(32)  COMMENT '仓库编码',
  `store` int(10) COMMENT '库存量',

  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_skucode` (`sku_code`),
  KEY `idx_wscode` (`ws_code`)

) ENGINE=InnoDB COMMENT='商品库存表'

注意这里分别给sku_code和ws_code两个字段单独定义了索引:idx_skucode,?idx_wscode。这样做的原因主要是业务上有根据单个字段查询的要求。

再看下库存扣减update语句:

update store
set store = store-#{store}
where sku_code=#{skuCode} and ws_code = #{wsCode} and (store-#{store}) >= 0

这个sql的业务含义就是对某个商品(skuCode)从某个仓库(wsCode)中扣减store个库存量,同时上面的where条件同时出现了sku_code和ws_code字段,压测数据中 sku_code的选择度要比ws_code高,理论上这条sql应该会走idx_skucode索引,那么真实情况是怎样的呢?

好,接下来对库存扣减接口卡进行压测,50的并发,每个订单5个商品,刚压不到半分钟就出现了死锁,再压,问题依旧,说明是必现的问题,必现解决后才能继续。在MySQL 终端执行?show engine innodb status?命令查看最后一次死锁日志,主要关注日志中的?LATEST DETECTED DEADLOCK?部分:

------------------------
LATEST DETECTED DEADLOCK
------------------------
2020-xx-xx 21:09:05 7f9b22008700

*** (1) TRANSACTION:
TRANSACTION 4219870943, ACTIVE 0 sec fetching rows
mysql tables in use 3, locked 3
LOCK WAIT 10 lock struct(s), heap size 2936, 3 row lock(s)
MySQL thread id 301903552, OS thread handle 0x7f9b21a7b700, query id 5373393954 10.101.22.135 root updating
update store
set update_time = now(), store = store-1
where sku_code='5468754' and ws_code = 'NO_001' and (store-1) >= 0 

*** (1) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 3331 page no 16 n bits 904 index `idx_wscode` of table `store` trx id 4219870943 lock_mode X locks rec but not gap waiting
Record lock, heap no 415 PHYSICAL RECORD: n_fields 2; compact format; info bits 0
0: len 5; hex 5730303735; asc NO_001;;
1: len 8; hex 00000000000025a7; asc % ;;

*** (2) TRANSACTION:
TRANSACTION 4219870941, ACTIVE 0 sec fetching rows, thread declared inside InnoDB 1
mysql tables in use 3, locked 3
9 lock struct(s), heap size 2936, 4 row lock(s)
MySQL thread id 301939956, OS thread handle 0x7f9b22008700, query id 5373393941 10.101.22.135 root updating
update store
set update_time = now(), store = store-1
where sku_code='5655620' and ws_code = 'NO_001' and (store-1) >= 0 

*** (2) HOLDS THE LOCK(S):
RECORD LOCKS space id 3331 page no 16 n bits 904 index `idx_wscode` of table `store` trx id 4219870941 lock_mode X locks rec but not gap
Record lock, heap no 415 PHYSICAL RECORD: n_fields 2; compact format; info bits 0
0: len 5; hex 5730303735; asc NO_001;;
1: len 8; hex 00000000000025a7; asc % ;;

*** (2) WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 3331 page no 7 n bits 328 index `PRIMARY` of table `store` trx id 4219870941 lock_mode X locks rec but not gap waiting
Record lock, heap no 72 PHYSICAL RECORD: n_fields 9; compact format; info bits 0
0: len 8; hex 00000000000025a7; asc % ;;
1: len 6; hex 0000fb85fdf7; asc ;;
2: len 7; hex 1a00001d3b21d4; asc ;! ;;
3: len 7; hex 35343638373534; asc 5468754;;
4: len 5; hex 5730303735; asc NO_001;;
5: len 8; hex 8000000000018690; asc ;;
6: len 5; hex 99a76b2b97; asc k+ ;;
7: len 5; hex 99a7e35244; asc RD;;
8: len 1; hex 01; asc ;;

从上面日志可以看出,存在两个事务,分别在执行这两条sql时发生了死锁:

update store set update_time = now(), store = store-1 where sku_code='5468754' and ws_code = 'NO_001' and (store-1) >= 0 

update store set update_time = now(), store = store-1 where sku_code='5655620' and ws_code = 'NO_001' and (store-1) >= 0 

看一下实际数据:

图3-1 库存表数据

就是说,这两个事务在更新同一张表的不同行时发生了死锁。在我们直观印象里,innodb使用的是行锁,不同的行锁之间应该是互不干扰的?那这是怎么一回事呢?

我们再看一下update的执行计划:

图3-2 update语句执行计划

和我们想象的不同,InnoDB既没有使用idx_skucode索引,也没有使用idx_wscode索引,而是使用了index_merge。index_merge和这两个索引是什么关系呢?

查询资料得知index_merge是MySQL 5.1后引入的一项索引合并优化技术,它允许对同一个表同时使用多个索引进行查询,并对多个索引的查询结果进行合并(取交集(intersect)、并集(union)等)后返回。

回到上面的update语句:where sku_code='5468754' and ws_code = 'NO_001'??;如果没有index_merge,要么走idx_skucode索引,要么走idx_wscode索引,不会出现两个索引一起使用的情况。而在使用index_merge技术后,会同时执行两个索引,分别查到结果后再进行合并(where条件是and,所以会做交集运算)。再结合第二部分对加锁机制(分步按记录加锁)的理解,是否隐约觉得两个索引的同时加锁是导致死锁的原因呢?

我们再深入死锁日志看一下,日志比较复杂,翻译过来大意如下:

1)事务一?4219870943?在执行update语句时,在等待索引idx_wscode上的行锁(编号space id 3331 page no 16 n bits 904 )。

2)事务二?4219870941?在执行update语句时,已经持有idx_wscode上的行锁(编号space id 3331 page no 16 n bits 904 ),从锁编号来看,就是事务一需要的锁。

3)事务二?4219870941?同时也在等待主键索引上的一把锁,这把锁谁在持有呢?从这行日志(3: len 7; hex 35343638373534; asc?5468754;;)可以看出,正是事务一要更新的那行记录,说明这把锁被事务一霸占着。

好了,死锁条件已经很清楚了:事务一在等待事务二持有的索引?idx_wscode上的行锁(编号space id 3331 page no 16 n bits 904 ),而事务二同时也在等待事务一持有的主键索引(5468754)上的锁,大家互不相让,只能僵在那里死锁喽^_^

用一张图来说明一下这个情况:

上图描述的只是发生死锁的一条可能路径,实际上仔细梳理的话还有其他路径也会导致死锁,大家感兴趣可以自己探索。上图解释如下:

1)事务一(where sku_code='5468754' and ws_code = 'NO_001'?)首先走idx_skucode索引,分别对二级索引和主键索引加锁成功(1-1和1-2)。

2)此时事务二开始执行(?where sku_code='5655620' and ws_code = 'NO_001'?),首先也是走idx_skucode(左上)索引,因为和事务一所加锁的记录不冲突,所以也顺利加锁成功(2-1和2-2)。

3)事务二继续执行,这时走的是idx_wscode(右上)索引,先对二级索引加锁成功(2-3,此时事务一还没有开始在idx_wscode上加锁),但是在对主键索引加索引时,发现id=9639的主键索引已经被事务一上锁,因此只能等待(2-4),同时在2-4完成加锁前,对其他记录的加锁也会暂停(2-5和2-6,因为InnoDB是逐条记录加锁的,前一条未完成则后面的不会执行)。

4)此时事务一继续执行,这时走的是idx_wscode索引,但是加锁的时候发现(NO_001,9639)这条索引项已经被事务二上锁,所以也只能等待。同理,后面的1-4也无法执行。

到此就出现了“两个事务,反向加锁"导致的死锁现象。

四、如何解决

死锁的本质原因还是由加锁顺序不同所导致,本例中是由于Index Merge同时使用2个索引方向加锁所导致,解决方法也比较简单,就是消除因index merge带来的多个索引同时执行的情况。

1)利用force index(idx_skucode)强制走某个索引,这样InnoDB就会忽略index merge,避免多个索引同时加锁的情况。

图4-1 使用Force Index强制指定索引

2)禁用Index Merge,这样InnoDB只会使用idx_skucode和idx_wscode中的一个,所有事物加锁顺序都一样,不会造成死锁。

用命令禁用Index Merge:SET GLOBAL optimizer_switch='index_merge=off,index_merge_union=off,index_merge_sort_union=off,index_merge_intersection=off';

图4-2 关闭Index Merge特性

重新登录终端后再看下执行计划:

图4-3? 关闭Index Merge后索引情况

3)既然Index Merge同时使用了2个独立索引,我们不妨新建一个包含这两个索引所有字段的联合索引,这样InnoDB就只会走这个单独的联合索引,这其实和禁用index merge是一个道理。

新增联合索引:

alter table store add index?

idx_skucode_wscode(sku_code,ws_code);

再看下执行计划,type=range说明没有使用index merge,另外key=idx_skucode_wscode说明走的是刚刚创建的联合索引:

图4-4 利用联合索引来避免Index Merge优化

4)最后推荐另外一种绕过index merge限制的方式。即去除死锁产生的条件,具体方法是先利用idx_skucode和idx_wscode查询到主键id,再拿主键id进行update操作。这种方式避免了由update引入X锁,由于最终更新的条件是唯一固定的,所以不存在加锁顺序的问题,避免了死锁的产生。

五、小结

本文通过一个实际案例描述了由于Index Merge优化导致的死锁,详细描述了死锁产生的原因以及解决方案,并顺便介绍了 MySQL 索引结构及加锁机制。通过本文,大家可以掌握死锁分析的基本理论和一般方法,希望能为大家工作中快速解决实际出现的死锁问题提供思路。

作者:vivo 官网商城开发团队