还以为死锁只在单机模式下才有？那你 OUT 了！

锁

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 2024/09/02 

前言

昨晚在写流复制素材的时候，写到了复制冲突，常见的快照冲突想必各位并不陌生，

User query might have needed to see row versions that must be removed

但是提到流复制场景下的死锁，很多人可能并未深究过。这一期，让我们唠唠数据库中各种罕见的死锁场景。

死锁

死锁，顾名思义，如果在不借助”外力”的情况下，那么事务将永远相互等待，因为有一个无法自行解决的循环依赖。

处理死锁问题主要有两种方法：死锁预防、死锁检测与死锁恢复。死锁预防是一种”事前”手段，就是通过机制来保证系统不会产生死锁问题，这种方式往往会造成一些不必要的回滚，尤其在锁冲突并不严重的场景下更容易浪费系统资源。死锁检测与死锁恢复机制，是一种”事后”手段，通过死锁检测来及时发现系统中发生的死锁，并通过死锁恢复手段来保证一部分事务可以继续处理。

对于 PostgreSQL 来说，如果进程获取锁失败，在进入休眠状态后会自动设置一个由 deadlock_timeout 参数定义的超时时间。如果在 deadlock_timeout 时间单位之后，仍然在等待，等待进程便会醒来并发起检测，如果没有在等待，那么皆大欢喜。一旦检测到死锁，其中一个事务将被强制终止，从而释放这个事务的锁并使其他事务能够继续执行。在大多数情况下，是发起检测的事务被中断，但如果循环中包括一个 autovacuum 进程，并且当前没有在冻结元组以防止回卷，那么服务器会终止 autovacuum 进程，因为它的优先级较低。

让我们看个最为常见的例子：

postgres=# create table t1(id int);
CREATE TABLE
postgres=# insert into t1 values(1);
INSERT 0 1
postgres=# insert into t1 values(2);
INSERT 0 1

postgres=# begin;
BEGIN
postgres=*# update t1 set id = 99 where id = 1;   ---第①步
UPDATE 1
postgres=*# update t1 set id = 100 where id = 2;	---第③步
UPDATE 1

第二个会话

postgres=# begin;
BEGIN
postgres=*# update t1 set id = 100 where id = 2;	---第②步
UPDATE 1
postgres=*# update t1 set id = 99 where id = 1;		---第④步
ERROR:  deadlock detected
DETAIL:  Process 27023 waits for ShareLock on transaction 498461; blocked by process 26975.
Process 26975 waits for ShareLock on transaction 498462; blocked by process 27023.
HINT:  See server log for query details.
CONTEXT:  while updating tuple (0,1) in relation "t1"
postgres=!# commit;		---第⑤步
ROLLBACK

当执行第④步时，在 1 秒之后，该进程便会发起检测，并被 cancel。这种场景下的死锁很好理解，两个事务产生了循环依赖。单机场景下的死锁很简单，那么如果是流复制呢？主库和备库联动会产生死锁吗？

流复制场景下的死锁

是的，从节点也会影响到主库。回想一下流复制的核心原理——备库按部就班，原模原样复刻主库的操作。主库回滚我就回滚，主库删除我就删除，基于此，流复制为什么也会产生死锁就不难理解了。

举个栗子，在主库上创建两个表：

postgres=# create table items(item_id int);
CREATE TABLE
postgres=# create table options(item_id int, v1 text);
CREATE TABLE

主库	备库
begin;
alter table options add v2 int;	begin;
	select * from items;
alter table items add a text;
	*select from options;**

当备库执行到 select * from options; 的时候，便会提示

postgres=*# select * from options;
ERROR:  deadlock detected
LINE 1: select * from options;
                      ^
DETAIL:  Process 27350 waits for AccessShareLock on relation 33622 of database 5; blocked by process 27346.
Process 27346 waits for AccessExclusiveLock on relation 33619 of database 5; blocked by process 27350.
HINT:  See server log for query details.

这个报错其实就很明显了，27350 在等待 27346，27346 又在等待 27350。互相等待，产生死锁。

那么为什么会这样？其实还是那句话，主库做什么备库就做什么，当主库执行了第一条语句之后，备库也会做这个事情

postgres=# \! ps -ef | egrep '27350|27346'
postgres 27346 27342  0 14:49 ?        00:00:00 postgres: startup recovering 0000000100000006000000EA waiting
postgres 27350 27342  0 14:49 ?        00:00:00 postgres: postgres postgres [local] SELECT waiting
postgres 27434 27432  0 14:57 pts/0    00:00:00 sh -c ps -ef | egrep '27350|27346'
postgres 27436 27434  0 14:57 pts/0    00:00:00 grep -E 27350|27346

主库	备库
begin;
alter table options add v2 int; (这一步在备库上，会给 options 加上了 8 级锁)	begin;
	select * from items; (在备库上给 items 加上了 1 级锁)
alter table items add a text; (这一步在备库上，会尝试给 items 加上 8 级锁，但是会阻塞)
	*select from options;** (在备库上尝试给 options 加 1 级锁)

因此，流复制场景下，死锁也是需要格外注意的一点。

SQL 语句是原子的吗

UPDATE 语句在更新到指定行的时候才会锁定相应行，而不是立即全部锁定，而且这种锁定并不是同时发生的。因此如果有一个 UPDATE 命令以一种顺序修改多行，而另一个 UPDATE 命令以不同的顺序执行相同的操作，就也有可能会发生死锁。举个栗子

postgres=# create table t1(id int,name text,salary numeric);
CREATE TABLE
postgres=# insert into t1 values(1,'xiongcc','100');
INSERT 0 1
postgres=# insert into t1 values(1,'xiaoming','200');
INSERT 0 1
postgres=# insert into t1 values(1,'xiaoli','300');
INSERT 0 1
postgres=# create index on t1(salary desc);
CREATE INDEX

然后创建一个 UDF，在进行操作之前，先休眠 5 秒。

postgres=# CREATE FUNCTION slow(n numeric)
RETURNS numeric
AS $$
	SELECT pg_sleep(5);
	SELECT n + 100.00;
$$ LANGUAGE sql;
CREATE FUNCTION

在第一个会话中，会先顺序扫描满足条件的元组，再进行更新

postgres=# explain update t1 set salary = slow(salary) where salary >= 100.00;
                          QUERY PLAN                          
--------------------------------------------------------------
 Update on t1  (cost=0.00..485.12 rows=0 width=0)
   ->  Seq Scan on t1  (cost=0.00..485.12 rows=1810 width=38)
         Filter: (salary >= 100.00)
(3 rows)

在第二个会话中，让我们禁止顺序扫描，这样的话，执行器便会选择索引扫描 (注意，索引是按降序创建的，因此索引扫描实际上从后面往前扫)

postgres=# set enable_seqscan to off;
SET
postgres=# explain update t1 set salary = slow(salary) where salary >= 100.00;
                                     QUERY PLAN                                     
------------------------------------------------------------------------------------
 Update on t1  (cost=0.15..505.33 rows=0 width=0)
   ->  Index Scan using t1_salary_idx on t1  (cost=0.15..505.33 rows=1810 width=38)
         Index Cond: (salary >= 100.00)
(3 rows)

那么问题来了：第一个会话从前往后扫，第二个会话从后往前扫，最终相互等待

 locked_row | locker |       modes       
------------+--------+-------------------
 (0,1)      | 498524 | {"No Key Update"}		---第一个会话
 (0,3)      | 498525 | {"No Key Update"}    ---第二个会话
(2 rows)

...

 locked_row | locker |       modes       
------------+--------+-------------------
 (0,1)      | 498524 | {"No Key Update"}		---第一个会话
 (0,2)      | 498524 | {"No Key Update"}		---第一个会话
 (0,3)      | 498525 | {"No Key Update"}		---第二个会话
(3 rows)

postgres=# update t1 set salary = slow(salary) where salary >= 100.00;
ERROR:  deadlock detected
DETAIL:  Process 6070 waits for ShareLock on transaction 498525; blocked by process 6120.
Process 6120 waits for ShareLock on transaction 498524; blocked by process 6070.
HINT:  See server log for query details.
CONTEXT:  while updating tuple (0,3) in relation "t1"

小结

当前数据库的死锁检测机制还比较”粗糙”，通常都是发起死锁检测的事务被干掉，一个理想情况下，应使事务回滚带来的代价最小，比如

事务已经运行了多久，在完成其指定任务之前该事务还将计算多长时间
该事务已使用了多少资源等
为完成事务还需使用多少资源，扫描多少行等
回滚时会涉及到多少死元组
…

如果你发现 pg_stat_database.deadlocks 指标不断上涨，并且日志也有大量的 ERROR：deadlock detected，那么往往意味着你的应用程序设计不良，死锁检测是要消耗资源的，其次，在死锁检测期间，还会停止对重锁的处理，需要格外小心。

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