由一个MySQL常见的锁等待问题引发的深入思考

关于MySQL的加锁机制，其实十分复杂，不同的隔离级别，是否是主键或索引，锁的粒度等等。很多工作了很多年的MySQL DBA也不能把各种加锁场景一一讲清楚。有时候一个简单的锁等待场景都值得深入研究，大家更多的是知其然而不知其所以然。本文介绍的是一个很常见的锁等待问题，并通过解析源码理解背后的实现机制。

一、实验场景

本文实验和研究的MySQL版本为8.0.31，数据库的隔离级别设置为RC，创建一张表，并在表中插入数据：

create table siri(
id int not null auto_increment,
a int not null,
b int not null,
c int not null,
primary key (id),
unique key uniq_a (a),
key idx_c (c)
)

insert into siri values (1,1,1,1),(2,2,2,2),(4,4,4,4),(6,6,6,4);

好的，现在可以开始模拟实验场景了：

实验一：

Session1

Session2

mysql> begin;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

 

mysql> select * from siri where b=1 for update;

+----+---+---+---+

| id | a | b | c |

+----+---+---+---+

|  1 | 1 | 1 | 1 |

+----+---+---+---+

1 row in set (0.00 sec)

  
 

mysql> select * from siri where b=4 for update;

ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction
实验二：

Session1

Session2

mysql> begin;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

 

mysql> select * from siri where id=1 for update;

+----+---+---+---+

| id | a | b | c |

+----+---+---+---+

|  1 | 1 | 1 | 1 |

+----+---+---+---+

1 row in set (0.00 sec)

  
 

mysql> select * from siri where b=4 for update;

ERROR 1205 (HY000): Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction

实验三：

Session1

Session2

mysql> begin;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

 

mysql> select * from siri where b=1 for update;

+----+---+---+---+

| id | a | b | c |

+----+---+---+---+

|  1 | 1 | 1 | 1 |

+----+---+---+---+

1 row in set (0.00 sec)

  
 

mysql> select * from siri where id=4 for update;

+----+---+---+---+

| id | a | b | c |

+----+---+---+---+

|  4 | 4 | 4 | 4 |

+----+---+---+---+

1 row in set (0.00 sec)
从以上三个实验可以看出，session2是否被堵塞与session1中语句的条件字段是否是索引无关，而与session2中select for update语句的条件字段有关，session2中条件字段无索引则会被堵塞。 
mysql> select * from performance_schema.data_locks\G
*************************** 1. row ***************************
               ENGINE: INNODB
       ENGINE_LOCK_ID: 139907486244056:1220:139907418869440
ENGINE_TRANSACTION_ID: 3816000
            THREAD_ID: 52900
             EVENT_ID: 44
        OBJECT_SCHEMA: test
          OBJECT_NAME: siri
       PARTITION_NAME: NULL
    SUBPARTITION_NAME: NULL
           INDEX_NAME: NULL
OBJECT_INSTANCE_BEGIN: 139907418869440
            LOCK_TYPE: TABLE
            LOCK_MODE: IX
          LOCK_STATUS: GRANTED
            LOCK_DATA: NULL
*************************** 2. row ***************************
               ENGINE: INNODB
       ENGINE_LOCK_ID: 139907486244056:59:4:2:139907418866384
ENGINE_TRANSACTION_ID: 3816000
            THREAD_ID: 52900
             EVENT_ID: 44
        OBJECT_SCHEMA: test
          OBJECT_NAME: siri
       PARTITION_NAME: NULL
    SUBPARTITION_NAME: NULL
           INDEX_NAME: PRIMARY
OBJECT_INSTANCE_BEGIN: 139907418866384
            LOCK_TYPE: RECORD
            LOCK_MODE: X,REC_NOT_GAP
          LOCK_STATUS: GRANTED
            LOCK_DATA: 1
2 rows in set (0.00 sec)
mysql> select * from sys.innodb_lock_waits\G
*************************** 1. row ***************************
                wait_started: 2023-11-16 14:23:49
                    wait_age: 00:00:02
               wait_age_secs: 2
                locked_table: `test`.`siri`
         locked_table_schema: test
           locked_table_name: siri
      locked_table_partition: NULL
   locked_table_subpartition: NULL
                locked_index: PRIMARY
                 locked_type: RECORD
              waiting_trx_id: 3816028
         waiting_trx_started: 2023-11-16 14:23:49
             waiting_trx_age: 00:00:02
     waiting_trx_rows_locked: 1
   waiting_trx_rows_modified: 0
                 waiting_pid: 54820
               waiting_query: select * from siri where b=4 for update
             waiting_lock_id: 139907486245672:59:4:2:139907418878432
           waiting_lock_mode: X,REC_NOT_GAP
             blocking_trx_id: 3816020
                blocking_pid: 54783
              blocking_query: NULL
            blocking_lock_id: 139907486244056:59:4:2:139907418866384
          blocking_lock_mode: X,REC_NOT_GAP
        blocking_trx_started: 2023-11-16 14:16:49
            blocking_trx_age: 00:07:02
    blocking_trx_rows_locked: 1
  blocking_trx_rows_modified: 0
     sql_kill_blocking_query: KILL QUERY 54783
sql_kill_blocking_connection: KILL 54783
1 row in set (0.01 sec)

查询上面监控视图可以发现，在实验一和实验二中，session1所申请的锁资源也是一样的，一个是表级别的IX锁，一个是行级别的X锁。而造成锁等待的锁是行锁。所以这时候就有一个疑问了，行锁锁定的是b=1这一行，为啥session2中我们要申请b=4这一行的行锁会发生锁等待呢？其实原因也显而易见了：字段b无索引，申请b=4这一行的行锁会扫描全表，也就是说对表数据的每一行都会申请X锁。而在实验三中，可以走主键索引直接定位到b=4这一行，所以就不会造成锁等待了。

下面再看一个实验四：

Session1

Session2

mysql> begin;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

 

mysql> select * from siri where b=1 for update;

+----+---+---+---+

| id | a | b | c |

+----+---+---+---+

|  1 | 1 | 1 | 1 |

+----+---+---+---+

1 row in set (0.00 sec)

  
 

mysql> update siri set c=4 where b=4;

Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

Rows matched: 1  Changed: 0  Warnings: 0
可以发现，session2中直接对b=4这一行进行update是可以直接成功的，不会被阻塞。这说明update的加锁流程和select for update是不一样的，这其实就是MySQL中乐观锁与悲观锁的区别：session2中是乐观锁的场景，update进行更新时也会扫描全表，但是不会在读取的时候就加锁，它是在进行更新的时候进行判断，如果有行冲突则发生锁等待，如果没有则更新成功。而select for update是悲观锁，在数据读取的时候就加锁，所以即使实际需要更新的行没有锁，但因为全表扫描，需要对每一行都加锁，也就发生了实验二中的锁等待现象。

二、解读源码

通过阅读和调试MySQL源码，可以更好的理解在源码中是怎么实现的。

在mysql源码中，负责给行加锁的函数是sel_set_rec_lock，我们可以在该函数处打下断点，看看select for update和update这两种sql在申请锁的流程上面有什么区别。

/** Sets a lock on a record.
mostly due to we cannot reposition a record in R-Tree (with the
nature of splitting)
@param[in]      pcur            cursor
@param[in]      rec             record
@param[in]      index           index
@param[in]      offsets         rec_get_offsets(rec, index)
@param[in]      sel_mode        select mode: SELECT_ORDINARY,
                                SELECT_SKIP_LOKCED, or SELECT_NO_WAIT
@param[in]      mode            lock mode
@param[in]      type            LOCK_ORDINARY, LOCK_GAP, or LOC_REC_NOT_GAP
@param[in]      thr             query thread
@param[in]      mtr             mtr
@return DB_SUCCESS, DB_SUCCESS_LOCKED_REC, or error code */
static inline dberr_t sel_set_rec_lock(btr_pcur_t *pcur, const rec_t *rec,
                                       dict_index_t *index,
                                       const ulint *offsets,
                                       select_mode sel_mode, ulint mode,
                                       ulint type, que_thr_t *thr, mtr_t *mtr) {
  trx_t *trx;
  dberr_t err = DB_SUCCESS;
  const buf_block_t *block;

  block = pcur->get_block();

  trx = thr_get_trx(thr);
  ut_ad(trx_can_be_handled_by_current_thread(trx));

  if (UT_LIST_GET_LEN(trx->lock.trx_locks) > 10000) {
    if (buf_LRU_buf_pool_running_out()) {
      return (DB_LOCK_TABLE_FULL);
    }
  }

  if (index->is_clustered()) {
    err = lock_clust_rec_read_check_and_lock(
        lock_duration_t::REGULAR, block, rec, index, offsets, sel_mode,
        static_cast<lock_mode>(mode), type, thr);
  } else {
    if (dict_index_is_spatial(index)) {
      if (type == LOCK_GAP || type == LOCK_ORDINARY) {
        ib::error(ER_IB_MSG_1026) << "Incorrectly request GAP lock "
                                     "on RTree";
        ut_d(ut_error);
        ut_o(return (DB_SUCCESS));
      }
      err = sel_set_rtr_rec_lock(pcur, rec, index, offsets, sel_mode, mode,
                                 type, thr, mtr);
    } else {
      err = lock_sec_rec_read_check_and_lock(
          lock_duration_t::REGULAR, block, rec, index, offsets, sel_mode,
          static_cast<lock_mode>(mode), type, thr);
    }
  }

  return (err);
}

在mysql的debug模式中执行select * from testdb.siri where b=4 for update，gdb中命中sel_set_rec_lock函数断点，函数堆栈信息如下：

#0  sel_set_rec_lock (pcur=0x7f52040e3ef8, rec=0x7f521e05c07d "\200", index=0x7f52040e8028, offsets=0x7f52146f3bc0, sel_mode=SELECT_ORDINARY, mode=3, type=1024, 
    thr=0x7f52040e4700, mtr=0x7f52146f3ef0) at /root/gdb_mysql/mysql-8.0.32/storage/innobase/row/row0sel.cc:1142

执行update testdb.siri set c=2 where b=4，函数堆栈信息如下：

#0  sel_set_rec_lock (pcur=0x7f52040e3ef8, rec=0x7f521e05c07d "\200", index=0x7f52040e8028, offsets=0x7f52146f3630, sel_mode=SELECT_SKIP_LOCKED, mode=3, type=1024, 
    thr=0x7f52040e4700, mtr=0x7f52146f3960) at /root/gdb_mysql/mysql-8.0.32/storage/innobase/row/row0sel.cc:1142

发现了两者的区别吗？区别在于sel_mode这个参数是不同的：对于select for update，sel_mode是SELECT_ORDINARY；对于update，sel_mode是SELECT_SKIP_LOCKED。sel_mode参数的定义如下：

enum select_mode {
  SELECT_ORDINARY,    /* default behaviour */
  SELECT_SKIP_LOCKED, /* skip the row if row is locked */
  SELECT_NOWAIT       /* return immediately if row is locked */
};

在row_search_mvcc函数中，通过以下代码来判定这条sql是否为半一致性读（semi-consistent read）。

/* in case of semi-consistent read, we use SELECT_SKIP_LOCKED, so we don't
waste time on creating a WAITING lock, as we won't wait on it anyway */
const bool use_semi_consistent =
    prebuilt->row_read_type == ROW_READ_TRY_SEMI_CONSISTENT &&
    !unique_search && index == clust_index && !trx_is_high_priority(trx);
err = sel_set_rec_lock(
    pcur, rec, index, offsets,
    use_semi_consistent ? SELECT_SKIP_LOCKED : prebuilt->select_mode,
    prebuilt->select_lock_type, lock_type, thr, &mtr);

对于乐观锁，update语句是半一致性读，因此use_semi_consistent为true，select_mode为SELECT_SKIP_LOCKED，这表示会话不会浪费时间在创建锁等待上，可以跳过持有锁的行。而对于悲观锁，select for update语句，use_semi_consistent为false，select_mode为SELECT_ORDINARY，表示会话会创建一个锁等待，直到锁等待超时。

因此，通过阅读源码，对MySQL内部乐观锁与悲观锁的实现机制也有了一定的认识。对于乐观锁，update在mysql内部被定义成了半一致性读（SELECT_SKIP_LOCKED），因此实验四的session2中update进行全表扫描读取主键时，读取到b=1这一列时，会跳过session1所持有的位于b=1行上的行锁，所以也就不会发生锁等待的现象。对于悲观锁，实验二中select for update在mysql内部定义为普通读（SELECT_ORDINARY），读取到b=1这一列时，会被session1所持有的位于b=1行上的行锁堵塞，发生锁等待的现象。

posted @ 2024-02-27 22:05  海布里_MySQL  阅读(148)  评论(0)  编辑  收藏  举报