印刻数据库

外观

KingBaseES 锁等待分析 ​

锁是数据库并发控制的核心机制，用于保护数据的一致性和完整性。然而，不恰当的锁使用会导致锁等待和死锁，严重影响数据库性能。深入理解和分析锁等待是数据库运维的重要技能。

锁的基本概念 ​

什么是锁？ ​

锁是数据库管理系统用于控制并发访问共享资源的机制。当多个事务同时访问同一资源时，锁可以确保数据的一致性和完整性。

锁的作用 ​

  • 保证数据一致性：防止多个事务同时修改同一数据导致数据不一致
  • 实现事务隔离：根据事务隔离级别控制数据可见性
  • 保护数据完整性：防止并发操作破坏数据完整性约束

锁的粒度 ​

KingBaseES 支持多种粒度的锁：

  • 行级锁：锁定单行数据，粒度最细，并发度最高
  • 页级锁：锁定数据页，粒度适中
  • 表级锁：锁定整个表，粒度最粗，并发度最低
  • 数据库级锁：锁定整个数据库

KingBaseES 锁类型 ​

共享锁（S Lock） ​

  • 用途：用于读取数据
  • 特性：多个事务可以同时持有同一资源的共享锁
  • 冲突：与排他锁（X Lock）冲突
  • SQL 示例：SELECT * FROM table_name WHERE ... FOR SHARE

排他锁（X Lock） ​

  • 用途：用于修改数据
  • 特性：同一资源只能有一个事务持有排他锁
  • 冲突：与共享锁（S Lock）和排他锁（X Lock）冲突
  • SQL 示例：UPDATE table_name SET ... WHERE ...

意向共享锁（IS Lock） ​

  • 用途：表示事务意图对表中的某些行加共享锁
  • 特性：表级锁，与表级排他锁冲突
  • 获取方式：事务在获取行级共享锁前自动获取

意向排他锁（IX Lock） ​

  • 用途：表示事务意图对表中的某些行加排他锁
  • 特性：表级锁，与表级共享锁和排他锁冲突
  • 获取方式：事务在获取行级排他锁前自动获取

共享意向排他锁（SIX Lock） ​

  • 用途：表示事务持有表级共享锁，并意图对表中的某些行加排他锁
  • 特性：表级锁，与大部分表级锁冲突
  • 获取方式：通过 LOCK TABLE table_name IN SHARE ROW EXCLUSIVE MODE 获取

行共享锁（RS Lock） ​

  • 用途：允许其他事务读取表中的行
  • 特性：表级锁，与排他表锁冲突
  • 获取方式：通过 LOCK TABLE table_name IN ROW SHARE MODE 获取

行排他锁（RX Lock） ​

  • 用途：允许其他事务读取表中的行，但禁止独占锁定
  • 特性：表级锁，与共享表锁和排他表锁冲突
  • 获取方式：通过 LOCK TABLE table_name IN ROW EXCLUSIVE MODE 获取

共享锁（S Lock） ​

  • 用途：允许其他事务读取表，但禁止修改
  • 特性：表级锁，与排他表锁和行排他锁冲突
  • 获取方式：通过 LOCK TABLE table_name IN SHARE MODE 获取

共享行排他锁（SRX Lock） ​

  • 用途：允许其他事务读取表，但禁止修改
  • 特性：表级锁，与大部分表级锁冲突
  • 获取方式：通过 LOCK TABLE table_name IN SHARE ROW EXCLUSIVE MODE 获取

排他锁（X Lock） ​

  • 用途：完全锁定表，禁止其他事务访问
  • 特性：表级锁，与所有表级锁冲突
  • 获取方式：通过 LOCK TABLE table_name IN EXCLUSIVE MODE 获取

锁等待监控 ​

动态性能视图 ​

KingBaseES 提供了多个动态性能视图用于监控锁等待：

sys_locks ​

显示当前系统中的所有锁信息：

sql
SELECT * FROM sys_locks;

主要字段说明：

  • locktype：锁类型（relation、page、tuple 等）
  • database：数据库 OID
  • relation：表 OID
  • page：数据页号
  • tuple：行号
  • pid：持有锁的进程 ID
  • mode：锁模式
  • granted：是否已授予锁

sys_stat_activity ​

显示当前系统中的所有活动会话：

sql
SELECT * FROM sys_stat_activity WHERE waiting = true;

主要字段说明：

  • pid：进程 ID
  • datname：数据库名称
  • usename：用户名
  • application_name：应用程序名称
  • client_addr：客户端 IP
  • client_port：客户端端口
  • backend_start：进程启动时间
  • xact_start：事务开始时间
  • query_start：查询开始时间
  • state：进程状态
  • waiting：是否在等待锁
  • query：当前执行的查询

sys_lock_waits ​

显示当前系统中的锁等待关系：

sql
SELECT * FROM sys_lock_waits;

主要字段说明：

  • pid：等待锁的进程 ID
  • relname：等待锁定的表名
  • mode：等待的锁模式
  • granted_pid：持有锁的进程 ID
  • granted_mode：持有的锁模式

锁等待日志 ​

KingBaseES 可以记录锁等待日志，通过以下参数配置：

sql
-- 启用锁等待日志
SET GLOBAL log_lock_waits = ON;
-- 或者在 kingbase.conf 中永久配置
log_lock_waits = on

-- 设置锁等待超时时间（单位：毫秒）
SET GLOBAL lock_wait_timeout = 5000;
-- 或者在 kingbase.conf 中永久配置
lock_wait_timeout = 5000

锁等待分析工具 ​

内置工具 - kblock ​

KingBaseES 提供了内置的锁等待分析工具 kblock，用于监控和分析锁等待：

bash
# 基本用法
kblock

# 显示详细锁信息
kblock -d

# 显示指定进程的锁信息
kblock -p 1234

第三方工具 ​

  • pt-deadlock-logger：Percona Toolkit 中的死锁日志记录工具
  • MySQL Enterprise Monitor：支持 KingBaseES 的锁监控

锁等待分析方法 ​

1. 识别锁等待 ​

首先，通过动态性能视图或监控工具识别锁等待：

sql
-- 查看当前所有等待锁的会话
SELECT pid, datname, usename, application_name, client_addr, query_start, waiting, query
FROM sys_stat_activity
WHERE waiting = true;

2. 分析锁等待关系 ​

使用 sys_lock_waits 视图分析锁等待关系：

sql
-- 查看锁等待关系
SELECT w.pid AS waiting_pid,
       w.usename AS waiting_user,
       w.query AS waiting_query,
       l.mode AS waiting_mode,
       g.pid AS granted_pid,
       g.usename AS granted_user,
       g.query AS granted_query,
       l.granted AS granted_mode
FROM sys_locks l
JOIN sys_stat_activity w ON l.pid = w.pid AND w.waiting = true
JOIN sys_stat_activity g ON l.relation = g.relation
WHERE NOT l.granted;

3. 查看锁持有情况 ​

sql
-- 查看当前所有锁持有情况
SELECT locktype, database, relation::regclass, page, tuple, pid, mode, granted
FROM sys_locks
ORDER BY relation, page, tuple;

4. 分析锁等待原因 ​

根据锁等待关系和持有的锁模式，分析锁等待的原因：

  • 长时间运行的事务：持有锁的事务运行时间过长
  • 锁粒度不当：使用了过粗的锁粒度
  • 索引缺失：导致全表扫描和表级锁
  • 事务设计不合理：事务包含过多操作
  • 并发度过高：同时访问同一资源的事务过多

锁等待优化策略 ​

1. 优化查询语句 ​

  • 添加合适的索引：避免全表扫描和表级锁
  • 减少扫描范围：使用精确的 WHERE 条件减少锁定行数
  • 优化 JOIN 操作：减少连接表的数量和数据量

2. 优化事务设计 ​

  • 缩短事务长度：将长事务拆分为多个短事务
  • 减少事务范围：只在必要时使用事务
  • 合理设置事务隔离级别：根据业务需求选择合适的隔离级别
  • 避免在事务中执行非数据库操作：如调用外部服务

3. 优化锁使用 ​

  • 使用行级锁：尽量使用行级锁而非表级锁
  • 避免锁定不必要的数据：只锁定需要修改的数据
  • 使用 FOR UPDATE SKIP LOCKED：跳过已锁定的行
  • 使用 NOWAIT：避免长时间等待锁

4. 监控和调优 ​

  • 设置合理的锁等待超时：避免无限期等待
  • 监控锁等待情况：定期检查锁等待日志和动态性能视图
  • 及时终止长时间运行的事务：释放持有的锁

5. 应用层优化 ​

  • 实现重试机制：遇到锁等待时重试操作
  • 优化并发访问模式：减少同时访问同一资源
  • 使用队列机制：将并发请求转换为串行处理

死锁处理 ​

什么是死锁？ ​

死锁是指两个或多个事务互相等待对方持有的锁，导致所有事务都无法继续执行的状态。

死锁检测 ​

KingBaseES 自动检测死锁，并终止其中一个事务以解除死锁。死锁信息会记录在日志中：

ERROR:  deadlock detected
DETAIL:  Process 1234 waits for ShareLock on transaction 5678;
         blocked by process 9012.
         Process 9012 waits for ShareLock on transaction 1234;
         blocked by process 1234.
HINT:  See server log for query details.

死锁预防 ​

  • 统一访问顺序：所有事务以相同的顺序访问资源
  • 减少事务持有锁的时间：尽快提交或回滚事务
  • 使用较低的事务隔离级别：减少锁的持有时间
  • 避免在事务中执行用户交互：防止事务长时间等待

版本差异 (V8 R6 vs V8 R7) ​

V8 R6 ​

  • 锁等待监控主要依赖动态性能视图
  • 死锁检测机制相对简单
  • 缺少高级的锁分析工具
  • 锁等待日志格式较为简单

V8 R7 ​

  • 增强了动态性能视图，提供更详细的锁信息
  • 优化了死锁检测算法，提高了检测效率
  • 新增了 kblock 工具，用于实时监控锁等待
  • 增强了锁等待日志，包含更详细的锁信息
  • 支持并行查询中的锁优化

最佳实践 ​

  1. 定期监控锁等待：使用动态性能视图和监控工具定期检查锁等待情况
  2. 设置合理的锁等待超时：根据业务需求设置合适的锁等待超时时间
  3. 优化查询语句：添加合适的索引，减少扫描范围
  4. 缩短事务长度：将长事务拆分为多个短事务
  5. 统一访问顺序：所有事务以相同的顺序访问资源
  6. 使用行级锁：尽量使用行级锁而非表级锁
  7. 监控长时间运行的事务：及时终止长时间运行的事务
  8. 优化并发访问模式：减少同时访问同一资源的事务
  9. 定期分析锁等待日志：找出锁等待的常见原因
  10. 对开发人员进行培训：提高开发人员的锁使用意识

常见问题 (FAQ) ​

Q1: 如何查看当前系统中的锁等待情况？ ​

A: 可以使用以下 SQL 查询：

sql
SELECT w.pid AS waiting_pid,
       w.usename AS waiting_user,
       w.query AS waiting_query,
       l.mode AS waiting_mode,
       g.pid AS granted_pid,
       g.usename AS granted_user,
       g.query AS granted_query
FROM sys_locks l
JOIN sys_stat_activity w ON l.pid = w.pid AND w.waiting = true
JOIN sys_stat_activity g ON l.relation = g.relation AND g.pid != w.pid
WHERE NOT l.granted;

Q2: 如何终止长时间运行的事务？ ​

A: 可以使用 pg_terminate_backend 函数终止指定进程：

sql
-- 查看长时间运行的事务
SELECT pid, datname, usename, application_name, backend_start, xact_start, query_start, state, query
FROM sys_stat_activity
WHERE state = 'active' AND xact_start < NOW() - INTERVAL '1 hour';

-- 终止指定进程
SELECT pg_terminate_backend(pid);

Q3: 如何避免死锁？ ​

A: 避免死锁的方法包括：

  • 统一访问顺序
  • 缩短事务长度
  • 减少事务持有锁的时间
  • 使用较低的事务隔离级别
  • 避免在事务中执行用户交互

Q4: 为什么会出现表级锁？ ​

A: 出现表级锁的原因包括：

  • 执行 LOCK TABLE 语句
  • 没有合适的索引，导致全表扫描
  • 执行 ALTER TABLE 等 DDL 语句
  • 执行批量更新操作，锁定了大部分行

Q5: 如何优化批量更新操作以减少锁等待？ ​

A: 优化批量更新操作的方法：

  • 分批次更新：将大批次拆分为多个小批次
  • 使用索引：确保 WHERE 条件有合适的索引
  • 降低并发度：减少同时执行的批量操作
  • 使用较低的事务隔离级别：减少锁的持有时间

Q6: 锁等待和死锁的区别是什么？ ​

A: 锁等待是指一个事务等待另一个事务持有的锁，可能会在锁释放后继续执行；死锁是指两个或多个事务互相等待对方持有的锁，导致所有事务都无法继续执行，需要数据库系统介入解除。

总结 ​

锁等待和死锁是数据库并发控制中的常见问题，对数据库性能影响较大。通过深入理解锁的基本概念、监控锁等待情况、分析锁等待原因，并采取有效的优化策略，可以显著减少锁等待和死锁的发生。

DBA应该将锁等待分析作为日常运维工作的重要组成部分，定期监控和分析锁等待情况，不断优化数据库设计和应用程序，提高数据库的并发性能和稳定性。