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TiDB 悲观事务模型

为了使 TiDB 的使用方式更加贴近传统数据库，降低用户迁移的成本，TiDB 自 v3.0 版本开始在乐观事务模型的基础上支持了悲观事务模型。本文将介绍 TiDB 悲观事务的相关特性。

事务模式的修改方法

你可以使用 tidb_txn_mode 系统变量设置事务模式。执行以下命令，即可使整个集群中所有新创建 session 执行的所有显示事务（即非 autocommit 的事务）进入悲观事务模式：

SET GLOBAL tidb_txn_mode = 'pessimistic';

除此之外，还可以执行以下 SQL 语句显式地开启悲观事务：

BEGIN PESSIMISTIC;

BEGIN /*T! PESSIMISTIC */;

BEGIN PESSIMISTIC; 和 BEGIN OPTIMISTIC; 等语句的优先级高于 tidb_txn_mode 系统变量。使用这两个语句开启的事务，会忽略系统变量，从而支持悲观、乐观事务混合使用。

悲观事务模式的行为

悲观事务的行为和 MySQL 基本一致（不一致之处详见和 MySQL InnoDB 的差异）：

  • 悲观事务中引入快照读和当前读的概念：

    • 快照读是一种不加锁读，读的是该事务开始时刻前已提交的版本。SELECT 语句中的读是快照读。

    • 当前读是一种加锁读，读取的是最新已提交的版本，UPDATE、DELETE 、INSERT、SELECT FOR UPDATE 语句中的读是当前读。

      以下示例是对快照读和当前读的详细说明：

      session 1session 2session 3
      CREATE TABLE t (a INT);
      INSERT INTO T VALUES(1);
      BEGIN PESSIMISTIC;
      UPDATE t SET a = a + 1;
      BEGIN PESSIMISTIC;
      SELECT * FROM t; -- 使用快照读，读取本事务开始前已提交的版本，返回(a=1)
      BEGIN PESSIMISTIC;
      SELECT * FROM t FOR UPDATE; -- 使用当前读，等锁
      COMMIT; -- 释放锁，session 3 的 SELECT FOR UPDATE 操作获得锁，使用当前读，读到最新已提交的版本 (a=2)
      SELECT * FROM t; -- 使用快照读，读取本事务开始前已提交的版本，返回(a=1)

  • 悲观锁会在事务提交或回滚时释放。其他尝试修改这一行的写事务会被阻塞，等待悲观锁的释放。其他尝试读取这一行的事务不会被阻塞，因为 TiDB 采用多版本并发控制机制 (MVCC)。

  • 如果多个事务尝试获取各自的锁，会出现死锁，并被检测器自动检测到。其中一个事务会被随机终止掉并返回兼容 MySQL 的错误码 1213。

  • 通过 innodb_lock_wait_timeout 变量，设置事务等锁的超时时间（默认值为 50，单位为秒）。等锁超时后返回兼容 MySQL 的错误码 1205。如果多个事务同时等待同一个锁释放，会大致按照事务 start ts 顺序获取锁。

  • 乐观事务和悲观事务可以共存，事务可以任意指定使用乐观模式或悲观模式来执行。

  • 支持 FOR UPDATE NOWAIT 语法，遇到锁时不会阻塞等锁，而是返回兼容 MySQL 的错误码 3572。

  • 如果 Point Get 和 Batch Point Get 算子没有读到数据，依然会对给定的主键或者唯一键加锁，阻塞其他事务对相同主键唯一键加锁或者进行写入操作。

和 MySQL InnoDB 的差异

  1. 有些 WHERE 子句中使用了 range，TiDB 在执行这类 DML 语句和 SELECT FOR UPDATE 语句时，不会阻塞 range 内并发的 DML 语句的执行。

    举例：

    CREATE TABLE t1 (
 id INT NOT NULL PRIMARY KEY,
 pad1 VARCHAR(100)
);
INSERT INTO t1 (id) VALUES (1),(5),(10);

    BEGIN /*T! PESSIMISTIC */;
SELECT * FROM t1 WHERE id BETWEEN 1 AND 10 FOR UPDATE;

    BEGIN /*T! PESSIMISTIC */;
INSERT INTO t1 (id) VALUES (6); -- 仅 MySQL 中出现阻塞。
UPDATE t1 SET pad1='new value' WHERE id = 5; -- MySQL 和 TiDB 处于等待阻塞状态。

    产生这一行为是因为 TiDB 当前不支持 gap locking（间隙锁）。

  2. TiDB 不支持 SELECT LOCK IN SHARE MODE。

    使用这个语句执行的时候，效果和没有加锁是一样的，不会阻塞其他事务的读写。

  3. DDL 可能会导致悲观事务提交失败。

    MySQL 在执行 DDL 语句时，会被正在执行的事务阻塞住，而在 TiDB 中 DDL 操作会成功，造成悲观事务提交失败：ERROR 1105 (HY000): Information schema is changed. [try again later]。TiDB 事务执行过程中并发执行 TRUNCATE TABLE 语句，可能会导致事务报错 table doesn't exist。

  4. START TRANSACTION WITH CONSISTENT SNAPSHOT 之后，MySQL 仍然可以读取到之后在其他事务创建的表，而 TiDB 不能。

  5. autocommit 事务优先采用乐观事务提交。

    使用悲观事务模型时，autocommit 事务首先尝试使用开销更小的乐观事务模式提交。如果发生了写冲突，重试时才会使用悲观事务提交。所以 tidb_retry_limit = 0 时，autocommit 事务遇到写冲突仍会报 Write Conflict 错误。

    自动提交的 SELECT FOR UPDATE 语句不会等锁。

  6. 对语句中 EMBEDDED SELECT 读到的相关数据不会加锁。

  7. 垃圾回收 (GC) 不会影响到正在执行的事务，但悲观事务的执行时间仍有上限，默认为 1 小时，可通过 TiDB 配置文件 [performance] 类别下的 max-txn-ttl 修改。

隔离级别

TiDB 在悲观事务模式下支持了 2 种隔离级别：

  1. 默认使用与 MySQL 行为相同的可重复读隔离级别 (Repeatable Read)。

  2. 使用 SET TRANSACTION 语句可将隔离级别设置为读已提交隔离级别 (Read Committed)。

Pipelined 加锁流程

加悲观锁需要向 TiKV 写入数据，要经过 Raft 提交并 apply 后才能返回，相比于乐观事务，不可避免的会增加部分延迟。为了降低加锁的开销，TiKV 实现了 pipelined 加锁流程：当数据满足加锁要求时，TiKV 立刻通知 TiDB 执行后面的请求，并异步写入悲观锁，从而降低大部分延迟，显著提升悲观事务的性能。但当 TiKV 出现网络隔离或者节点宕机时，悲观锁异步写入有可能失败，从而产生以下影响：

  • 无法阻塞修改相同数据的其他事务。如果业务逻辑依赖加锁或等锁机制，业务逻辑的正确性将受到影响。

  • 有较低概率导致事务提交失败，但不会影响事务正确性。

如果业务逻辑依赖加锁或等锁机制，或者即使在集群异常情况下也要尽可能保证事务提交的成功率，应关闭 pipelined 加锁功能。

Pipelined pessimistic lock

该功能默认开启，可修改 TiKV 配置关闭：

[pessimistic-txn]
pipelined = false

也可通过在线修改 TiKV 配置功能动态关闭该功能：

set config tikv pessimistic-txn.pipelined='false';
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