数据库的死锁原因及优化方案

本文涉及的产品
RDS MySQL Serverless 基础系列,0.5-2RCU 50GB
云数据库 RDS MySQL,高可用系列 2核4GB
云数据库 RDS PostgreSQL,高可用系列 2核4GB
简介: 数据库的死锁原因及优化方案

死锁概览:



Java语言通过synchronized关键字来保证原子性,这是因为每一个Object都有一个隐含的锁,这个也称作监视器对象,在进入synchronized之前自动自动获取此内部锁,而一旦离开此方式,无论是完成还是中断都会自动释放锁,虽然这是一个独占锁,每个锁请求之间是互斥的,相对于众多的高级锁(Lock/ReadWriteLock等),synchronized的代价都比后者要高,但是 synchronzied 的语法比较简单,而且也比较容易使用和理解.Lock 一旦调用了 lock() 方法获取到锁而未正确释放的话很有可能造成死锁,所以 Lock 的释放操作总是跟在 finally 代码块里面,这在代码结构上也是一次调整和冗余。synchronzied 都不可能避免死锁产生,那么死锁情况会是经常容易出现的错误,下面具体描述死锁发生的原因及解决方法。


死锁描述:



死锁是操作系统层面的一个错误,是进程死锁的简称.


死锁是指多个进程循环等待它方占有的资源而无限期地僵持下去的局面,如果没有外力的作用,那么死锁涉及到的各个进程都将永远处于封锁状态。


死锁问题是多线程特有的问题,它可以被认为是线程间切换消耗系统性能的一种极端情况。在死锁时,线程间相互等待资源,而又不释放自身的资源,导致无穷无尽的等待,其结果是系统任务永远无法执行完成。死锁问题是在多线程开发中应该坚决避免和杜绝的问题。


死锁的原因:



一般来说,要出现死锁问题需要满足以下条件:


互斥条件:一个资源每次只能被一个线程使用。


请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。


不剥夺条件:进程已获得的资源,在未使用完之前,不能强行剥夺。


循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。


只要破坏死锁 4 个必要条件之一中的任何一个,死锁问题就能被解决。


死锁的解决方案:



死锁是由四个必要条件导致的,所以一般来说,只要破坏这四个必要条件中的一个条件,死锁情况就应该不会发生。


如果想要打破互斥条件,我们需要允许进程同时访问某些资源,这种方法受制于实际场景,不太容易实现条件;


打破不可抢占条件,这样需要允许进程强行从占有者那里夺取某些资源,或者简单一点理解,占有资源的进程不能再申请占有其他资源,必须释放手上的资源之后才能发起申请,这个其实也很难找到适用场景;


进程在运行前申请得到所有的资源,否则该进程不能进入准备执行状态。这个方法看似有点用处,但是它的缺点是可能导致资源利用率和进程并发性降低;


避免出现资源申请环路,即对资源事先分类编号,按号分配。这种方式可以有效提高资源的利用率和系统吞吐量,但是增加了系统开销,增大了进程对资源的占用时间。


如果我们在死锁检查时发现了死锁情况,那么就要努力消除死锁,使系统从死锁状态中恢复过来。消除死锁的几种方式:


最简单、最常用的方法就是进行系统的重新启动,不过这种方法代价很大,它意味着在这之前所有的进程已经完成的计算工作都将付之东流,包括参与死锁的那些进程,以及未参与死锁的进程;


撤消进程,剥夺资源。终止参与死锁的进程,收回它们占有的资源,从而解除死锁。这时又分两种情况:一次性撤消参与死锁的全部进程,剥夺全部资源;或者逐步撤消参与死锁的进程,逐步收回死锁进程占有的资源。一般来说,选择逐步撤消的进程时要按照一定的原则进行,目的是撤消那些代价最小的进程,比如按进程的优先级确定进程的代价;考虑进程运行时的代价和与此进程相关的外部作业的代价等因素;


进程回退策略,即让参与死锁的进程回退到没有发生死锁前某一点处,并由此点处继续执行,以求再次执行时不再发生死锁。虽然这是个较理想的办法,但是操作起来系统开销极大,要有堆栈这样的机构记录进程的每一步变化,以便今后的回退,有时这是无法做到的。


MySQL 死锁情况解决方法



假设我们用 Show innodb status 检查引擎状态时发现了死锁情况,如清单 7 所示。


清单 7. MySQL 死锁


WAITING FOR THIS LOCK TO BE GRANTED:
RECORD LOCKS space id 0 page no 843102 n bits 600 index `KEY_TSKTASK_MONTIME2` of table
        `dcnet_db/TSK_TASK` trx id 0 677833454 lock_mode X locks rec but not gap waiting
Record lock, heap no 395 PHYSICAL RECORD: n_fields 3; compact format; info bits 0
0: len 8; hex 8000000000000425; asc %;; 1: len 8; hex 800012412c66d29c; 
                    asc A,f ;; 2: len 8; hex 800000000097629c; asc b ;;
*** WE ROLL BACK TRANSACTION (1)


我们假设涉事的数据表上面有一个索引,这次的死锁就是由于两条记录同时访问到了相同的索引造成的。


我们首先来看看 InnoDB 类型的数据表,只要能够解决索引问题,就可以解决死锁问题。MySQL 的 InnoDB 引擎是行级锁,需要注意的是,这不是对记录进行锁定,而是对索引进行锁定。在 UPDATE、DELETE 操作时,MySQL 不仅锁定 WHERE 条件扫描过的所有索引记录,而且会锁定相邻的键值,即所谓的 next-key locking;


如语句 UPDATE TSK_TASK SET UPDATE_TIME = NOW() WHERE ID > 10000 会锁定所有主键大于等于 1000 的所有记录,在该语句完成之前,你就不能对主键等于 10000 的记录进行操作;当非簇索引 (non-cluster index) 记录被锁定时,相关的簇索引 (cluster index) 记录也需要被锁定才能完成相应的操作。


再分析一下发生问题的两条 SQL 语句:


当“update TSK_TASK set STATUS_ID=1064,UPDATE_TIME=now () where STATUS_ID=1061 and MON_TIME


假设“update TSK_TASK set STATUS_ID=1067,UPDATE_TIME=now () where ID in (9921180)”几乎同时执行时,本语句首先锁定簇索引 (主键),由于需要更新 STATUS_ID 的值,所以还需要锁定 KEY_TSKTASK_MONTIME2 的某些索引记录。


这样第一条语句锁定了 KEY_TSKTASK_MONTIME2 的记录,等待主键索引,而第二条语句则锁定了主键索引记录,而等待 KEY_TSKTASK_MONTIME2 的记录,这样死锁就产生了。


我们通过拆分第一条语句解决了死锁问题:即先查出符合条件的 ID:select ID from TSK_TASK where STATUS_ID=1061 and MON_TIME < date_sub(now(), INTERVAL 30 minute);然后再更新状态:update TSK_TASK set STATUS_ID=1064 where ID in (….)。


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