独家揭秘丨GreatSQL 的MDL锁策略升级对执行的影响

2024-08-21 13:44 由 GreatSQL 发表于 #数据库

独家揭秘丨GreatSQL 的MDL锁策略升级对执行的影响

一、MDL锁策略介绍

GreatSQL 的MDL锁有个策略方法类MDL_lock_strategy，它根据对象的类型分为了scope类型和object类型，前者主要用于GLOBAL, COMMIT, TABLESPACE, BACKUP_LOCK and SCHEMA ,RESOURCE_GROUPS,FOREIGN_KEY,CHECK_CONSTRAINT,BACKUP_TABLES类型，后者主要用于DD表的锁表，本次主要介绍后者的策略原理和策略改变的动机以及对执行的影响。

MDL以表为单位进行锁表，包括3个主要的存储方式：m_fast_path_state位图、m_granted队列、m_waiting队列。

存储	说明
m_fast_path_state	用fast path方法获取的锁存在这里面
m_granted队列	用slow path方法获取的锁存在这里面，在这之前需要先将fast path获取的锁从m_fast_path_state删除再存到这里面。这个用来存储表已经获取的锁。
m_waiting队列	用slow path方法获取的锁存在这里面，这个用来存储表正在等待获取的锁。

类型	说明
unobtrusive	S, SH, SR and SW，用m_fast_path_state计数，不保存具体锁信息。用fast path方法获取锁。用m_fast_path_state变量保存，不用m_granted队列保存锁
obtrusive	SU, SRO, SNW, SNRW, X，用slow path方法获取锁，用m_granted队列保存锁

二、MDL策略级别

mdl锁可以被申请条件：参考MDL_lock::can_grant_lock

granted队列别的线程没有不兼容锁
waiting队列没有更高等级的锁在等待

具体按照以下的矩阵表来选出mdl是否可以被申请，其中waiting策略有四个矩阵，这四个矩阵主要是为了防止低优先级的锁等待太久产生锁饥饿，因此按照锁类型的数量必要的时候进行等待锁策略升级，说明见以下。

策略矩阵	说明
m_granted_incompatible	以下第一个兼容图
m_waiting_incompatible[0]	以下第二个兼容图
m_waiting_incompatible[1]	获取的piglet锁数量超过max_write_lock_count
m_waiting_incompatible[2]	获取的hog锁数量超过max_write_lock_count
m_waiting_incompatible[3]	获取的piglet锁和hog锁总和数量超过max_write_lock_count

类型	说明
独占型(hog)	打算申请X, SNRW, SNW，别的锁在等待; 具有较强的不兼容性，优先级高，容易霸占锁，造成其他低优先级锁一直处于等待状态。m_hog_lock_count统计表申请到的hog类型锁
暗弱型(piglet)	打算申请SW，SRO在等待; SW优先级仅高于SRO。m_piglet_lock_count统计表申请到的piglet类型锁

类型	说明
S	共享锁，读元数据，不读表数据，比如create table t1 like t2
SH	和S一样，读元数据，但优先级比排他锁高。如DESCt
SR	读元数据，且读表数据，如事务中select rows
SW	读元数据，且更新表数据，如事务中update rows
SWLP	优先级低于SRO，DML时加LOW_PRIORITY
SU	可升级锁，允许并发读写表数据。可读元数据，及读表数据。可以升级到SNW、SNR、X锁。用在alter table的第一阶段，不阻塞DML，防止其他DDL
SRO	只读锁，可读元数据，读表数据，但不可DDL和修改数据。如lock table read
SNW	读元数据及表数据，阻塞他人修改数据，可升级到X锁。用在ALTER TABLE第一阶段，拷贝原始表数据到新表，允许读但不允许更新
SNRW	读元数据，及读写数据，阻塞他人读写数据，例如lock table write
X	排他锁，可以修改字典和数据，例如alter table

具体策略矩阵图：（以下+号代表可以被满足，-号代表不能被满足需要进入waiing队列等待）

grangted队列策略：m_granted_incompatible

请求类型	已经申请到的lock(m_granted队列)
	S	SH	SR	SW	SWLP	SU	SRO	SNW	SNRW	X
S	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-
SH	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-
SR	+	+	+	+	+	+	+	+	-	-
SW	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-
SWLP	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-
SU	+	+	+	+	+	-	+	-	-	-
SRO	+	+	+	-	-	+	+	+	-	-
SNW	+	+	+	-	-	-	+	-	-	-
SNRW	+	+	-	-	-	-	-	-	-	-
X	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

waiting0队列策略：m_waiting_incompatible[0]，正常申请时候waiting队列的矩阵

请求类型	待完成lock(m_waiting队列)
	S	SH	SR	SW	SWLP	SU	SRO	SNW	SNRW	X
S	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-
SH	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SR	+	+	+	+	+	+	+	+	-	-
SW	+	+	+	+	+	+	+	-	-	-
SWLP	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-
SU	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-
SRO	+	+	+	-	+	+	+	+	-	-
SNW	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-
SNRW	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-
X	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+

waiting1队列策略：m_waiting_incompatible[1]，使SW优先级比SRO低

请求类型	待完成lock(m_waiting队列)
	S	SH	SR	SW	SWLP	SU	SRO	SNW	SNRW	X
S	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-
SH	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SR	+	+	+	+	+	+	+	+	-	-
SW	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-
SWLP	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-
SU	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-
SRO	+	+	+	+	+	+	+	+	-	-
SNW	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-
SNRW	+	+	+	+	+	+	+	+	+	-
X	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+

waiting2队列策略：m_waiting_incompatible[2],S, SH, SR, SW, SNRW, SRO and SU优先度比SNW、SNRW、X高

请求类型	待完成lock(m_waiting队列)
	S	SH	SR	SW	SWLP	SU	SRO	SNW	SNRW	X
S	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SH	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SR	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SW	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SWLP	+	+	+	+	+	+	-	+	+	+
SU	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SRO	+	+	+	-	+	+	+	+	+	+
SNW	+	+	+	-	-	-	+	+	+	-
SNRW	+	+	-	-	-	-	-	+	+	-
X	-	-	-	-	-	-	-	+	+	+

waiting3队列策略：m_waiting_incompatible[3]，优先选择 SRO 锁，而非 SW/SWLP 锁。此外，除 SW/SWLP 之外，非“hog”锁优先于“hog”锁。

请求类型	待完成lock(m_waiting队列)
	S	SH	SR	SW	SWLP	SU	SRO	SNW	SNRW	X
S	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SH	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SR	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SW	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-
SWLP	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-
SU	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SRO	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
SNW	+	+	+	+	+	-	+	+	+	-
SNRW	+	+	-	+	+	-	-	+	+	-
X	-	-	-	+	+	-	-	+	+	+

三、策略升级对实际执行的影响

当有多线程多资源在抢同一张表的锁资源的时候，如果想要低优先级的锁先得到授权，那么可以通过修改系统变量max_write_lock_count来实现目的。下面通过2个例子来看看修改max_write_lock_count如何影响多线程的锁等待动作。

首先创建一张表。

greatsql> CREATE TABLE `t20` (
  `s1` int NOT NULL,
  `s2` varchar(100) DEFAULT NULL,
  `s3` timestamp(3) NULL DEFAULT NULL,
  `i` varchar(100) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`s1`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;

greatsql> INSERT INTO t2 VALUES (1,'aaaa','2021-01-19 03:14:07.123'),(2,null,'2022-01-19 03:14:07.123'),(3,'bbbb',null),(4,null,null),(15,'cccc','2025-01-19 03:14:07.123');

1、max_write_lock_count设置为100

SET GLOBAL max_write_lock_count=100; 打开6个session进行实验。分别敲入以下SQL命令。因为m_piglet_lock_count<max_write_lock_count因此以下的6个session都是执行waiting的策略0。

session 1	session 2	session 3	session 4	session 5	session 6
begin;
update t20 set i=15 where s1=15;
	lock table t20 read; 卡住
		lock table t20 read; 卡住
			update t20 set i=15 where s1=15;卡住
				lock table t20 read; 卡住
					update t20 set i=15 where s1=15;卡住

	session 1	session 2	session 3	session 4	session 5	session 6
锁状态	SHARED_WRITE获取	SHARED_READ_ONLY等待；	SHARED_READ_ONLY等待	SHARED_WRITE获取，虽然看到sql卡住，但是超时会主动报错。这里卡住是被innodb的行锁控制了	SHARED_READ_ONLY等待；	SHARED_WRITE等待

接着第一个session执行commit，观察一下后面几个session锁的变化，可以看到最后一个session的SW锁因为实行的是策略0因此commit之后按照SW优先度比SRO高获取到了SW锁。

session 1	session 2	session 3	session 4	session 5	session 6
begin;
update t20 set i=15 where s1=15;
	lock table t20 read; 成功
		lock table t20 read; 成功
			update t20 set i=15 where s1=15;成功
				lock table t20 read; 成功
					update t20 set i=15 where s1=15;成功
commit

	session 1	session 2	session 3	session 4	session 5	session 6
锁状态		SHARED_READ_ONLY获取；	SHARED_READ_ONLY获取；	SHARED_WRITE获取	SHARED_READ_ONLY获取；	SHARED_WRITE获取

2、max_write_lock_count设置为1

SET GLOBAL max_write_lock_count=1; 这里在执行完session4的时候因为m_piglet_lock_count>=max_write_lock_count，因此进行了一次waiting策略升级，升级为了策略1。

session 1	session 2	session 3	session 4	session 5	session 6
begin;
update t20 set i=15 where s1=15;
	lock table t20 read; 卡住
		lock table t20 read; 卡住
			update t20 set i=15 where s1=15;卡住。这里转换为waiting策略1
				lock table t20 read; 卡住
					update t20 set i=15 where s1=15;卡住

	session 1	session 2	session 3	session 4	session 5	session 6
锁状态	SHARED_WRITE获取	SHARED_READ_ONLY等待；	SHARED_READ_ONLY等待；	SHARED_WRITE获取	SHARED_READ_ONLY等待；	SHARED_WRITE等待

接着第一个session执行commit释放SHARED_WRITE锁，可以看到最后一个session的SW锁应该在策略1优先度比SRO低，因此还处于等待状态。而在之前第一个例子里，因为实行的是策略0因此commit之后最后一个session因为优先度比SRO高因此获取到了SW锁。

在session5的SRO获取到锁以后，因为已经没有SRO锁在等待了，因此进行了一次waiting策略降级，重新降级为了0。

session 1	session 2	session 3	session 4	session 5	session 6
begin;
update t20 set i=15 where s1=15;
	lock table t20 read; 成功
		lock table t20 read; 成功
			update t20 set i=15 where s1=15;成功。
				lock table t20 read; 成功。这里转换为waiting策略0
					update t20 set i=15 where s1=15;继续等待
commit

	session 1	session 2	session 3	session 4	session 5	session 6
锁状态		SHARED_READ_ONLY获取	SHARED_READ_ONLY获取	SHARED_WRITE获取	SHARED_READ_ONLY获取	SHARED_WRITE继续等待。

用命令查看一下锁状态

greatsql> SELECT * FROM performance_schema.metadata_locks where object_schema='db1' and object_name='t20';
+-------------+---------------+-------------+-------------+-----------------------+------------------+---------------+-------------+-------------------+-----------------+----------------+
| OBJECT_TYPE | OBJECT_SCHEMA | OBJECT_NAME | COLUMN_NAME | OBJECT_INSTANCE_BEGIN | LOCK_TYPE        | LOCK_DURATION | LOCK_STATUS | SOURCE            | OWNER_THREAD_ID | OWNER_EVENT_ID |
+-------------+---------------+-------------+-------------+-----------------------+------------------+---------------+-------------+-------------------+-----------------+----------------+
| TABLE       | db1           | t20         | NULL        |       140733798645792 | SHARED_READ_ONLY | TRANSACTION   | GRANTED     | sql_parse.cc:6723 |              73 |             20 |
| TABLE       | db1           | t20         | NULL        |       140733664568448 | SHARED_READ_ONLY | TRANSACTION   | GRANTED     | sql_parse.cc:6723 |              56 |             22 |
| TABLE       | db1           | t20         | NULL        |       140733327666736 | SHARED_READ_ONLY | TRANSACTION   | GRANTED     | sql_parse.cc:6723 |              75 |             27 |
| TABLE       | db1           | t20         | NULL        |       140733396820960 | SHARED_WRITE     | TRANSACTION   | PENDING     | sql_parse.cc:6723 |              77 |              9 |
+-------------+---------------+-------------+-------------+-----------------------+------------------+---------------+-------------+-------------------+-----------------+----------------+
# 最后一个session的SW锁在等待

3、锁改变策略时机

锁唤醒时机，参考MDL_lock::reschedule_waiters：

锁唤醒时机
从granted或者waiting队列remove_ticket
别的线程申请锁的时候进行waiting策略升级
别的线程锁释放
别的线程锁降级

可以看到上面的例子就是在commit以后执行了锁唤醒才导致了策略升级，于是产生了跟第一个例子不同的结果。

四、总结

实际生产中如果在多个线程抢同一张表的锁资源的时候，如果想要低优先级的锁优先获得锁，可以尝试修改系统变量max_write_lock_count，改小可以防止锁饥饿，但是可能会影响别的线程正在执行的业务，因此也要谨慎使用。当然如果想要高优先级锁先获得锁也可以改大max_write_lock_count值，看具体业务需求。

Enjoy GreatSQL 😃

关于 GreatSQL

GreatSQL是适用于金融级应用的国内自主开源数据库，具备高性能、高可靠、高易用性、高安全等多个核心特性，可以作为MySQL或Percona Server的可选替换，用于线上生产环境，且完全免费并兼容MySQL或Percona Server。

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