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背景

随着用户量的增长，我们的一个服务最近频繁死锁。

死锁的定义

死锁（Deadlock）是在多进程或多线程环境中常见的问题。

当两个或多个进程或线程相互等待对方释放资源，而这些资源又不会被释放时，就会产生死锁。

在数据库系统中，死锁通常发生在多个事务试图锁定相同的资源并且互相等待对方释放锁的情况下。

下面动图展示了死锁的形成：

两个进程以相反的顺序竞争两个资源：

A、一个进程能顺利完成。

B、后来的进程还需要等待。

C、当第一个进程锁住第一个资源，而第二个进程同时锁住第二个资源时，就会发生死锁。

D、可以通过取消并重启第一个进程来解决死锁问题。

死锁产生的原因

1、循环等待（Circular Wait）：多个事务形成一个闭环，每个事务都在等待下一个事务持有的资源。例如，事务A持有资源1，等待资源2；事务B持有资源2，等待资源1。

2、资源持有和等待（Hold and Wait）：事务已经持有一个资源，并且在等待获取另一个资源。例如，事务A持有资源1，并且在等待资源2，而资源2被事务B持有。

3、非抢占性（No Preemption）：已分配的资源不能被强制抢占，必须由持有资源的事务显式释放。例如，事务A持有资源1，事务B不能强制夺取资源1，只能等待事务A释放资源1。

3、互斥条件（Mutual Exclusion）：每个资源只能被一个事务持有，不能被多个事务共享。例如，资源1只能被事务A持有，其他事务必须等待。

死锁的具体例子

假设有两个事务，事务A和事务B，它们分别尝试对相同的两行数据执行更新操作：

1、事务A：

UPDATE table SET column1 = value1 WHERE id = 1;
-- 此时，事务A持有id=1的行锁
UPDATE table SET column1 = value2 WHERE id = 2;

2、事务B：

UPDATE table SET column1 = value2 WHERE id = 2;
-- 此时，事务B持有id=2的行锁
UPDATE table SET column1 = value1 WHERE id = 1;

在这种情况下，事务A在等待事务B释放对id=2的锁，事务B在等待事务A释放对id=1的锁，导致死锁。

如何解决？

可以看下图：

A、两个进程竞争一种资源，遵循先到先得的政策。

B、当两个进程同时锁定资源时会发生死锁。

C、可以通过破坏锁的对称性来解决死锁。

D、可以通过打破锁定机构的对称性来防止死锁。

在 MySQL 数据库中处理批量更新操作，特别是先删除用户数据再批量插入时，遇到死锁问题比较常见。为了解决这个问题，可以从以下几个方面着手：

1. 使用事务和锁优化

确保删除和插入操作在一个事务中进行，以避免部分操作成功，部分操作失败的情况。可以使用合适的锁策略来减少死锁的可能性。

事务示例：

START TRANSACTION;
DELETE FROM user_material WHERE user_id = ?;
INSERT INTO user_material (user_id, material_id, ...) VALUES (?, ?, ...), (?, ?, ...), ...;
COMMIT;

2. 按批次处理

避免一次性删除和插入大量数据，按批次处理数据可以减少锁争用。

按批次删除和插入示例：

BATCH_SIZE = 1000

def batch_delete_insert(cursor, user_id, materials):
    cursor.execute("DELETE FROM user_material WHERE user_id = %s", (user_id,))
    for i in range(0, len(materials), BATCH_SIZE):
        batch = materials[i:i+BATCH_SIZE]
        values = [(user_id, material_id, ...) for material_id in batch]
        cursor.executemany("INSERT INTO user_material (user_id, material_id, ...) VALUES (%s, %s, ...)", values)

# 使用连接和游标执行
with connection.cursor() as cursor:
    batch_delete_insert(cursor, user_id, materials)
    connection.commit()

3. 使用临时表

使用临时表可以将删除和插入操作分离开来，并且在主表操作前进行批量操作。

临时表操作示例：

CREATE TEMPORARY TABLE temp_user_material AS SELECT * FROM user_material WHERE 0;

-- 批量插入临时表
INSERT INTO temp_user_material (user_id, material_id, ...) VALUES (?, ?, ...), (?, ?, ...), ...;

START TRANSACTION;
DELETE FROM user_material WHERE user_id = ?;
INSERT INTO user_material SELECT * FROM temp_user_material;
COMMIT;

4. 优化索引

确保相关表上有合适的索引，可以大大提高删除和插入操作的效率，减少锁等待时间。

优化索引示例：

CREATE INDEX idx_user_id ON user_material(user_id);

5. 使用排他锁

使用 SELECT … FOR UPDATE 来获取行级锁，避免并发问题。

排他锁示例：

START TRANSACTION;
SELECT 1 FROM user_material WHERE user_id = ? FOR UPDATE;
DELETE FROM user_material WHERE user_id = ?;
INSERT INTO user_material (user_id, material_id, ...) VALUES (?, ?, ...), (?, ?, ...), ...;
COMMIT;

6. 使用更高的隔离级别

在极端情况下，可以考虑使用更高的隔离级别（如 REPEATABLE READ 或 SERIALIZABLE），但需要权衡性能影响。

隔离级别设置示例：

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ;
START TRANSACTION;
DELETE FROM user_material WHERE user_id = ?;
INSERT INTO user_material (user_id, material_id, ...) VALUES (?, ?, ...), (?, ?, ...), ...;
COMMIT;