揭开MySQL并发中的“死锁”之谜：从原理到解决方案的深度解析

在数据库的并发世界中， 死锁就像是交通高峰期的两辆车相向而行，彼此堵在十字路口，谁也不肯后退，导致交通完全停滞。死锁不仅会导致系统性能下降，还可能引发数据处理的中断。因此，深入理解死锁的成因及其解决方法对于数据库管理至关重要。本文详细解析两种常见的死锁情景，并探讨预防和解决死锁的方法。

1. 环境准备：创建“账户”和“标记”表

首先，我们有两个表：dl_account_t 和 dl_mark_t。这些表模拟了不同的业务场景，通过这些场景，我们可以更直观地理解死锁的发生机制。

1.1 创建 dl_account_t 表

DROP TABLE IF EXISTS `dl_account_t`;
CREATE TABLE `dl_account_t` (`id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,`name` VARCHAR(255) DEFAULT NULL,`money` INT(11) DEFAULT 0,`account_id` INT(11) DEFAULT 0,PRIMARY KEY (`id`),UNIQUE `uk_account_id` (`account_id`)
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=0 DEFAULT CHARSET=utf8;INSERT INTO `dl_account_t`(`name`,`money`,`account_id`) 
VALUES ('C', 1000, 10001),('B', 1000, 10002),('A', 1000, 10003),('ZZ', 1000, 10005);

1.2 创建 dl_mark_t 表

DROP TABLE IF EXISTS `dl_mark_t`;
CREATE TABLE `dl_mark_t` (`a` INT(11) NOT NULL DEFAULT '0',`b` INT(11) DEFAULT NULL,PRIMARY KEY (`a`),UNIQUE KEY `uk_b` (`b`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;INSERT INTO `dl_mark_t` VALUES (1,1),(5,4),(20,20),(25,12);

2. 死锁详解

死锁发生在两个或多个事务相互等待对方持有的资源，导致所有相关事务无法继续执行。接下来，通过两个具体的例子，深入探讨死锁的成因和表现。

2.1 死锁情景一：相反加锁顺序导致的死锁

场景描述：

假设有两个事务同时操作 dl_account_t 表中的不同记录，但它们以相反的顺序加锁，导致彼此等待对方释放锁，最终形成死锁。

代码解析：

-- 设置事务隔离级别为 REPEATABLE READ
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
BEGIN-- 事务1：减少id=1的moneyUPDATE `dl_account_t` SET `money` = `money` - 100 WHERE `id` = 1;-- 事务2：减少id=2的money-- UPDATE `dl_account_t` SET `money` = `money` - 100 WHERE `id` = 2;-- 事务1：增加id=2的moneyUPDATE `dl_account_t` SET `money` = `money` + 100 WHERE `id` = 2;-- 事务2：减少id=1的money-- UPDATE `dl_account_t` SET `money` = `money` - 100 WHERE `id` = 1;ROLLBACK;

执行步骤：

1. 事务1开始，锁定id=1的记录，准备减少其money。
2. 事务2开始，尝试锁定id=2的记录，准备减少其money。
3. 事务1继续，尝试锁定id=2的记录，以增加其money。但此时，id=2已被事务2锁定，事务1进入等待状态。
4. 事务2继续，尝试锁定id=1的记录，以减少其money。然而，id=1已被事务1锁定，事务2也进入等待状态。
5. 形成循环等待，导致死锁。

可视化比喻：

想象两位银行职员同时处理不同账户的转账操作。职员A首先锁定账户1，准备扣款；职员B同时锁定账户2，准备扣款。随后，职员A需要锁定账户2以完成转账，而职员B需要锁定账户1。这时，两位职员互相等待对方释放锁，无法继续操作，最终陷入僵局。

解决办法：

• 统一加锁顺序：确保所有事务以相同的顺序访问和锁定资源。例如，始终先锁定较小的id再锁定较大的id。
• 缩短事务时间：尽量减少事务中持有锁的时间，避免长时间占用资源。
• 使用适当的隔离级别：选择合适的事务隔离级别，平衡并发性能和一致性需求。

2.2 死锁情景二：唯一索引冲突引发的死锁

场景描述：

在dl_mark_t表中，字段b设置了唯一索引。当多个事务尝试插入具有相同或相邻b值的记录时，如果处理不当，可能导致死锁。

代码解析：

BEGIN-- 死锁事务2INSERT INTO `dl_mark_t` VALUES (26,10);-- 死锁事务1INSERT INTO `dl_mark_t` VALUES (30,10);-- 死锁事务2INSERT INTO `dl_mark_t` VALUES (40,9);

死锁情况一：

1. 事务2尝试插入b=10的记录，数据库检查唯一约束，锁定相应的索引范围（锁定b=10）。
2. 事务1同时尝试插入b=10，由于唯一约束冲突，数据库在等待事务2释放锁。
3. 事务2接着尝试插入b=9，需要锁定b=9的索引范围。然而，事务1已经持有相关锁，导致事务2进入等待状态。
4. 形成循环等待，导致死锁。

死锁情况二：

BEGIN-- 死锁事务1INSERT INTO `dl_mark_t` VALUES (27, 29);-- 死锁事务2INSERT INTO `dl_mark_t` VALUES (28, 29);-- 死锁事务3INSERT INTO `dl_mark_t` VALUES (29, 29);ROLLBACK;

1. 事务1尝试插入b=29，锁定对应的索引范围。
2. 事务2尝试插入相同的b=29，进入等待状态。
3. 事务3也尝试插入b=29，同样进入等待状态。
4. 事务1回滚，释放锁。事务2和事务3继续执行，但由于相同的b=29值，可能继续产生锁冲突，进一步导致死锁。

可视化比喻：

设想多个服务员同时为不同顾客准备带有相同配料的菜品。服务员A先锁定配料10，准备菜品；服务员B也锁定配料10，准备菜品。这时，服务员A需要配料9，而服务员B也需要配料10，但被服务员A锁定，形成僵局。

解决办法：

• 使用唯一性检查：在应用层面预先检查唯一约束，避免重复插入导致的锁冲突。
• 序列化插入操作：通过队列或其他机制，确保同一时间只有一个事务进行特定范围的插入操作。
• 优化索引设计：合理设计索引，减少锁冲突的概率。

3. 事务隔离级别与锁机制

理解事务隔离级别和锁机制对于预防死锁至关重要。以下是常见的事务隔离级别及其在锁机制中的表现：

1. READ UNCOMMITTED：

   • 特点：最低的隔离级别，允许脏读、不可重复读和幻读。
   • 锁机制：最少的锁定，几乎不加锁，极易发生并发异常。

2. READ COMMITTED：

   • 特点：防止脏读，但仍允许不可重复读和幻读。
   • 锁机制：在读取数据时使用共享锁（S锁），在写入数据时使用排他锁（X锁）。

3. REPEATABLE READ：

   • 特点：防止脏读和不可重复读，但在某些实现下仍可能允许幻读。
   • 锁机制：通过行级锁和间隙锁（Gap Locks）防止幻读，InnoDB默认使用此级别。

4. SERIALIZABLE：

   • 特点：最高的隔离级别，完全防止脏读、不可重复读和幻读。
   • 锁机制：事务之间完全串行化执行，使用更严格的锁定策略，性能开销较大。

在上述死锁情景中，REPEATABLE READ隔离级别下，由于间隙锁的存在，锁冲突的概率增加，从而更容易导致死锁。

4. 预防与解决死锁的方法

尽管死锁是并发控制中难以完全避免的问题，但通过合理的设计和策略，可以显著降低死锁的发生概率，并有效处理已发生的死锁。

4.1 预防死锁

1. 统一资源访问顺序：

   • 确保所有事务以相同的顺序访问和锁定资源，避免循环等待。例如，始终先锁定id=1再锁定id=2。

2. 缩短事务时间：

   • 尽量减少事务中持有锁的时间，避免长时间占用资源。将复杂的计算和逻辑放在事务之外执行，仅在事务中进行必要的数据库操作。

3. 合理设计索引：

   • 通过优化索引设计，减少锁的粒度和范围，降低锁冲突的可能性。

4. 使用适当的隔离级别：

   • 根据业务需求选择合适的事务隔离级别，平衡数据一致性和并发性能。对于高并发系统，可能需要在性能和一致性之间做出权衡。

4.2 处理死锁

1. 检测与回滚：

   • 数据库管理系统（DBMS）通常具备死锁检测机制。当检测到死锁时，会自动回滚其中一个事务，释放锁资源。应用程序应捕获死锁异常，适时重试事务操作。

2. 重试机制：

   • 在事务因死锁被回滚后，应用程序可以设计自动重试机制，尝试重新执行事务，直至成功或达到重试次数限制。

3. 日志记录与监控：

   • 通过日志记录和监控工具，及时发现和分析死锁情况，优化数据库设计和事务逻辑，减少死锁发生的频率。

5. 实践中的最佳实践

在实际应用中，遵循以下最佳实践有助于有效管理和减少死锁问题：

• 合理设计事务边界：确保事务尽可能简短，只包含必要的操作，避免在事务中执行耗时的任务。
• 避免长时间持有锁：在事务中尽量避免用户交互或其他可能导致锁长时间不释放的操作。
• 使用索引优化查询：通过合理的索引设计，优化查询性能，减少锁的竞争。
• 监控与分析死锁：定期监控数据库的死锁情况，分析其成因，针对性地优化应用程序和数据库设计。

6. 总结

死锁是并发控制中不可避免的挑战，但通过深入理解其成因、合理设计事务和锁机制，以及采用有效的预防和处理策略，可以显著降低死锁对系统性能和稳定性的影响。通过上述两个具体的死锁情景分析，展示了死锁在实际操作中的表现和成因，提供了针对性的解决方案。持续优化数据库设计和事务管理，将有助于构建高效、稳定的并发系统。

参考

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