Почему в базе данных происходит взаимоблокировка?
Круг вопросов для обсуждения
Попробуем объяснить, что такое взаимная блокировка и почему она возникает в базе данных.
Напишем SQL-инструкции и искусственно вызовем взаимоблокировку, а также обсудим возможность предотвратить или хотя бы минимизировать эти взаимоблокировки.
В качестве базы данных будем использовать PostgreSQL.
Установка
Давайте запустим оболочку PostgreSQL и создадим таблицу под названием accounts (счета):
akshar=# create table accounts (acct_id integer, amount integer);
CREATE TABLE
Теперь вставим в эту таблицу две строчки:
akshar=# insert into accounts values (1, 500);
INSERT 0 1
akshar=# insert into accounts values (2, 300);
INSERT 0 1
Проверим, что строки вставлены:
akshar=# select * from accounts;
acct_id | amount
---------+--------
1 | 500
2 | 300
(2 rows)
Транзакция
Для правильного понимания взаимоблокировки необходимо иметь общее представление о транзакции.
Транзакция — это объект СУБД, который поддерживает базу данных в согласованном, целостном и надёжном состоянии. В «Википедии» даётся такое определение транзакции:
Транза́кция — группа последовательных операций с базой данных, которая представляет собой логическую единицу работы с данными. Транзакция может быть выполнена либо целиком и успешно, соблюдая целостность данных и независимо от параллельно идущих других транзакций, либо не выполнена вообще, и тогда она не должна произвести никакого эффекта.
Транзакция обеспечивает соответствие требованиям ACID. Прочтите эту статью для понимания ACID.
Классический пример, поясняющий суть транзакции базы данных, — это банковский перевод со счёта на счёт. Предположим, наше приложение предоставляет возможность выполнить перевод какой-то суммы со счёта А на счёт Б.
При осуществлении перевода эта сумма должна быть списана со счёта А и зачислена на счёт Б. Списание и зачисление образуют единую логическую единицу работы. Должны выполняться обе операции, в противном случае не будет выполнена ни одна из них. Вот почему два этих действия должны быть частью одной транзакции.
Давайте запустим оболочку psql и осуществим транзакцию по переводу денег с одного счёта на другой:
akshar=# begin transaction;
BEGIN
akshar=# update accounts set amount=amount-10 where acct_id=1; UPDATE 1
akshar=# update accounts set amount=amount+10 where acct_id=2; UPDATE 1
akshar=# commit;
COMMIT
Проверим суммы на обоих счетах:
akshar=# select * from accounts;
acct_id | amount
---------+--------
1 | 490
2 | 310
(2 rows)
Это означает, что перевод прошёл успешно и код транзакции верен.
Вызываем взаимоблокировку
А теперь мы искусственно создадим ситуацию взаимоблокировки.
Любая СУБД в состоянии эксплуатационной готовности способна обслуживать несколько одновременных процессов. Смоделируем два денежных перевода, осуществляемых одновременно. Для этого запустим две оболочки psql.
В первой оболочке будет имитироваться процесс, в ходе которого выполняется перевод суммы со счёта 1 на счёт 2. Во второй оболочке будет имитироваться процесс, в ходе которого выполняется перевод суммы со счёта 2 на счёт 1.
Со счёта 1 на счёт 2 переводится сумма 10. Выполняем этот перевод в первой оболочке:
akshar=# begin transaction;
BEGIN
akshar=# update accounts set amount=amount-10 where acct_id=1;
UPDATE 1
Одновременно, т. е. до завершения первой транзакции, со счёта 2 на счёт 1 переводится сумма 20. Выполняем этот перевод во второй оболочке:
akshar=# begin transaction;
BEGIN
akshar=# update accounts set amount=amount-20 where acct_id=2;
UPDATE 1
Предположим, СУБД дала первому процессу возможность выполниться вновь. Сымитируем его выполнение, зачислив сумму 10 на счёт 2 в первой оболочке:
akshar=# update accounts set amount=amount+10 where acct_id=2;Но база данных не вернёт вам в ответ сообщение об успешном выполнении, вместо этого она заблокируется, и вы не получите никакого ответа.
Это произойдёт потому, что строка с acct_id=2 в этот момент окажется заблокированной из-за того, что процесс 2 производил обновление этой строки. Процесс 1 не может захватить эту блокировку, пока процесс 2 не освободит её.
Дальше база данных даст возможность выполниться второму процессу. Сымитируем его выполнение, зачислив сумму 20 на счёт 1 во второй оболочке:
akshar=# update accounts set amount=amount+20 where acct_id=1;
База данных вернёт ERROR: deadlock detected (ОШИБКА: обнаружена взаимоблокировка).
ERROR: deadlock detected
DETAIL: Process 77716 waits for ShareLock on transaction 173312; blocked by process 76034.
Process 76034 waits for ShareLock on transaction 173313; blocked by process 77716.
HINT: See server log for query details. CONTEXT: while updating tuple (0,3) in relation "accounts"
Опишем, что здесь произошло. Строка базы данных, содержащая acct_id=1, была заблокирована процессом 1 при списании суммы 10 со счёта 1. Дальше процесс 2 попытался произвести обновление в этой же строке, а для этого ему нужна блокировка. Процесс 2 может захватить блокировку только в том случае, если процесс 1 освободит её. Но процесс 1 блокируется в ожидании, когда процесс 2 освободит блокировку строки acct_id=2. Получается, что процесс 1 ожидает освобождения блокировки, захваченной процессом 2, а процесс 2 ожидает освобождения блокировки, захваченной процессом 1. Это и есть взаимоблокировка.
Для базы данных не составляет труда обнаружить взаимную блокировку.
В этом случае в базе данных выдаётся ошибка взаимоблокировки в оболочке процесса 2. После возникновения ошибки взаимоблокировки все блокировки, захваченные этим процессом, освобождаются, а у процесса 1 появляется возможность захватить необходимую ему блокировку.
Посмотрите, что происходит тогда в оболочке процесса 1: заблокированная команда возвращается, а сумма 10 зачисляется на счёт 2:
akshar=# update accounts set amount=amount+10 where acct_id=2;
UPDATE 1
Попробуем сделать commit в оболочке процесса 2:
akshar=# commit;
ROLLBACK
При обнаружении взаимоблокировки не происходит успешного выполнения команд, и поэтому коммит может привести базу данных в несогласованное и ненадёжное состояние. СУБД способна правильно оценить это, так что при выполнении commit происходит rollback (откат транзакции).
В случае успешного выполнения команд процесса 1 commit может быть сделан в оболочке процесса 1:
akshar=# commit;
COMMIT
Вы можете проверить, что сумма 10 была списана со счёта 1 и зачислена на счёт 2:
akshar=# select * from accounts;
acct_id | amount
---------+--------
1 | 480
2 | 320
(2 rows)
Отладка взаимоблокировок
Параллельное выполнение — это неизбежная реальность. Ситуации, когда несколько процессов одновременно пытаются обновить один и тот же набор строк и блокируются друг другом, вполне возможны. Взаимная блокировка в таких случаях неизбежна.
Устранение и предотвращение взаимоблокировок должно осуществляться на уровне приложения. С этой целью используется код обработки исключений: он отлавливает ошибки взаимоблокировки, давая возможность повторно выполнить неудавшуюся транзакцию.
Перевод статьи Akshar Raaj: Understanding why a database deadlock occurs
Комментарии