高并发场景下的数据库事务调优

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数据库事务是访问可能操作各种数据项的一个数据库操作序列，这些操作要么全部成功，要么全部失败。提起事务，大家都知道ACID属性。在Java中有并发编程，可以多线程并发执行，并发可以提高程序执行的效率，也会带来线程安全的。数据库事务和多线程一样，为了提高数据库处理事务的吞吐量，数据库也支持并发事务，在并发处理数据的过程中，也存在着安全问题。

我们本文将从并发事务可能引发的问题、解决并发问题、MySQL的锁机制、锁的实现等方面逐渐深入，探讨高并发场景下的事务调优问题。

并发事务可能引发的问题

1.数据丢失

2.脏读、

3.幻读

4.不可重复读

事务隔离解决的并发问题

数据丢失可以基于数据库中的悲观锁来避免发生，即在查询时通过在事务中使用 select xx for update 语句来实现一个排他锁，保证在该事务结束之前其他事务无法更新该数据。 我们也可以基于乐观锁来避免，即将某一字段作为版本号，如果更新时的版本号跟之前的版本一致，则更新，否则更新失败。剩下3 个问题，其实是数据库读一致性造成的，需要数据库提供一定的事务隔离机制来解决。

MySQL 的锁机制

InnoDB实现了两种类型的锁机制：共享锁（S）和排他锁（X）。共享锁允许一个事务读数据，不允许修改数据，如果其他事务要再对该行加锁，只能加共享锁；排他锁是修改数据时加的锁，可以读取和修改数据，一旦一个事务对该行数据加锁，其他事务将不能再对该数据加任务锁。

不同的锁机制会产生不同的事务隔离级别，不同的隔离级别分别可以解决并发事务产生的问题，如读未提交、读已提交、可重复读、可序列化等。（1号发的《MySQL的事务隔离级别和长事务，看这一篇就够了》一文中有介绍过）

InnoDB中的读已提交和可重复读隔离事务是基于多版本并发控制（MVCC）实现高性能事务。一旦数据被加上排他锁，其他的事务将无法加入共享锁，且处于阻塞等待状态，如果一张表有大量的请求，这样的性能将是无法支持的。

MVCC对普通的Select 不加锁，如果读取的数据正在执行delete或者update操作，这时读取操作不会等待排他锁的释放，而是直接利用MVCC读取该行的数据快照。MVCC避免了对数据重复加锁的过程，大大提高了毒草在的性能。（数据快照是指在该行的之前版本的数据，而数据快照的版本是基于undo实现的，undo是用来做事务回滚的，记录了回滚的不同版本的行记录）

锁的具体实现算法

InnoDB既实现了行锁，也实现了表锁，行锁是通过索引实现的，如果不通过索引条件检索数据，那么InnoDB将表中所有的记录进行加锁，其实就是升级为表锁。

行锁的具体实现算法有三种：record lock、gap lock和next-key lock。record lock是专门对索引项加锁；gap lock是对索引项之间的间隙加锁，next-key lock则是前面两种的组合，对索引项及其之间的间隙加锁。

只在可重复读或以上隔离级别下的特定操作才会取得 gap lock 或 next-key lock，在 Select 、Update 和 Delete 时，除了基于唯一索引的查询之外，其他索引查询时都会获取 gap lock 或 next-key lock，即锁住其扫描的范围。

优化高并发事务

上边的讲解，都是为了对事务、锁和隔离级别更加深入了解，下边将聊聊高并发场景下的事务是如何调优的。

1. 结合业务场景，使用低级别事务隔离

在高并发业务中，为了保证业务数据的一致性，操作数据库时往往会使用不同级别的事务隔离，隔离等级越高，并发性能就越低。

那在实际的业务中，我们要如何选择呢，下边举两个例子：

在修改用户的最后登录时间，或者用户的个人资料等数据时，这些数据都只有用户自己登录和登陆后才会修改，不存在一个事务提交的信息被覆盖的可能，所以这样的业务我们就最低的隔离级别。

如果账户的余额或者积分的消费，就可能存在多个客户端同时消费一个账户的情况，此时我们应该选择可重复读隔离级别，来保证当一个客户端在操作的时候，其他客户端不能对该数据进行操作。

2. 避免行锁升级表锁

我们知道，InnoDB中行锁是通过索引实现的，当不通过索引条件检索数据时，行锁就会升级成表锁，我们知道表锁会严重影响我们对整张表的操作，应该避免这种情况。

3. 控制事务的大小，减少锁定的资源和锁定的时间

下边这个SQL异常相比很多并发比较高的系统里都会遇见，比如抢购系统的日志中：

MySQLQueryInterruptedException: Query execution was interrupted

由于抢购系统中，提交订单业务开启了事务，在并发环境中对一条记录进行更新操作的情况下，由于更新记录所在的事务还可能存在其他操作，导致一个事务比较长，当大量请求进入时，就可能导致一些请求同时进入事务中，由于锁的竞争是不公平的，当多个事务同时对一条记录进行更新时，极端情况下，一个更新操作进去排队系统后，可能会一直拿不到锁，最后因超市被系统中断，就会抛出上边这个异常。

提交订单需要创建订单和扣减库存，两种不同顺序的执行方式，结果都一样，但是性能确实不一样的：

这两种不同的执行方式，虽然这些操作都在一个事务中，但是锁的申请不在同一时间，锁只有当其他操作都执行完成才会释放锁。扣减库存是更新操作，属于行锁，如果先扣减库存会影响到其他操作该数据的事务，所以我们应该尽可能的避免长时间持有该锁，尽快的释放锁。

因为创建订单和扣除库存不管先执行哪一步都不影响业务，所以我们可以先执行新增操作，把扣除库存放到最后，也就是使用执行顺序1 ，来减少锁的持有时间。

总结

MySQL 的并发事务调优和 Java 的多线程编程调优非常类似，都是可以通过减小锁粒度和减少锁的持有时间进行调优。在 MySQL 的并发事务调优中，我们尽量在可以使用低事务隔离级别的业务场景中，避免使用高事务隔离级别。

在功能业务开发时，我们往往会为了追求开发速度，习惯使用默认的参数设置来实现业务功能。例如，在 service 方法中，你可能习惯默认使用 transaction，很少再手动变更事务隔离级别。但要知道，transaction 默认是 RR 事务隔离级别，在某些业务场景下，可能并不合适。因此，我们还是要结合具体的业务场景，进行考虑。

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