唯一索引下的并发插入为何死锁:Duplicate Key 背后被忽略的间隙锁与自增主键插入顺序
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结论先行:在 InnoDB 里,往带唯一索引的表并发 INSERT,最常见的死锁根因不是「写写竞争」,而是 Duplicate Key 检查触发的 S 锁 + 间隙锁,叠加自增主键的插入顺序不一致,形成 AB-BA 环路。这个坑我踩了两次,第一次还因为「死锁是偶发的」被当成偶发 bug 放过了。
一、现象与背景:QPS 不到 200,应用却频繁 5xx
我们有一张 t_idempotent(幂等去重表),结构如下:
CREATE TABLE t_idempotent (
id BIGINT UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT,
biz_key VARCHAR(64) NOT NULL,
created_at DATETIME NOT NULL,
PRIMARY KEY (id),
UNIQUE KEY uk_biz_key (biz_key)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;
业务逻辑:每个请求带一个 biz_key(比如 order:20240511:88321),先 INSERT,依赖 uk_biz_key 唯一约束做去重——插入成功说明是新请求,插入报 1062(Duplicate Key)说明重复,直接丢弃。
规模:单表约 800 万行,QPS 峰值 ~180,8 个应用节点。
问题:从 5 月开始,应用侧 ER_LOCK_DEADLOCK (1213) 错误从「每天个位数」涨到高峰期每分钟 30~50 次,P99 从 12ms 飙到 800ms+,超时重试进一步放大了错误。业务侧表现为偶发的「重复扣款告警」(因为重试时走了另一条路径)。
一开始我以为是「连接数不够」或「锁等待超时」,改了 innodb_lock_wait_timeout、加了连接池,没用——因为这不是 lock wait,是 deadlock。
二、根因分析:Duplicate Key 检查到底拿了什么锁
先讲机制。InnoDB 里 INSERT 一条带唯一索引的记录,实际做了两件锁的事:
- 在聚簇索引(主键)上插入新行:对自增主键,这一步拿的是主键上的插入意向锁 + 新行的 X 锁,不涉及间隙锁(因为自增是「追加到末尾」,且
innodb_autoinc_lock_mode我们用的是 2,即 interleaved 模式,主键分配不持表级 AUTO-INC 锁)。 - 在唯一二级索引
uk_biz_key上插入:这一步要先检查唯一性。检查方式是:对该biz_key的值,在二级索引 B+ 树上定位到「这个值应该插入的位置」,对相邻记录之间加 Next-Key Lock(记录锁 + 间隙锁的合体),确认没有重复。
关键点来了:即使这条记录最终不存在(是新插入),InnoDB 在 INSERT 时也会在唯一索引上对相关区间加 S 锁做唯一性检查(详见 MySQL 文档中 "Duplicate-key checks" 一节)。如果这个区间里已经有别的并发事务持锁,就会等待。
死锁的典型 AB-BA 场景(两个并发事务 T1、T2,插入相邻但不相同的 biz_key):
T1: INSERT biz_key='a100' → 在 uk_biz_key 上对 ['a099','a101'] 区间加 S 锁(间隙)
T2: INSERT biz_key='a101' → 同样要对 ['a099','a101'] 区间加 S 锁 → 等待 T1
T1: 随后要写聚簇索引主键行,但 T2 已经先插入了主键 id 更小的行,
T1 的自增主键分配或插入顺序与 T2 交错 → 需要 T2 持有的主键区间锁
→ 环路形成 → InnoDB 选中代价小的(通常是 T2)做牺牲,报 1213
为什么自增主键顺序会「不一致」? 因为 innodb_autoinc_lock_mode=2 下,自增值是按 batch 预分配的,两个并发事务拿到的 id 区间可能与业务 biz_key 的字典序不一致。如果 T1 先拿到 id=1000、T2 拿到 id=1001,但 T1 的 biz_key 字典序反而更大,那么在「二级索引 S 锁」和「主键插入顺序」两个维度上,T1、T2 的锁获取顺序就相反了——这正是 AB-BA 死锁的教科书条件。
三、具体做法:三层改造,按成本从低到高
1. 应用层:把「INSERT 失败」当正常路径,重试要幂等(成本最低,先做)
// 伪代码:捕获 1062 和 1213,但二者语义完全不同,不要混
try {
idempotentMapper.insert(bizKey);
} catch (DuplicateKeyException e) {
// 1062:重复请求,直接丢弃,这是「成功」
return;
} catch (DeadlockLoserDataAccessException e) {
// 1213:真·死锁,需要重试,但重试前必须确认这条是不是已经插入了
// 不能简单再 INSERT 一次——可能上一次其实已经成功了一半
boolean exists = idempotentMapper.exists(bizKey);
if (exists) return;
retryWithBackoff(() -> idempotentMapper.insert(bizKey));
}
坑:很多团队把 1213 和 1062 都 catch 成「重复,丢弃」,这是错的——1213 的事务可能已经回滚了主键行,直接丢弃会导致该请求被永久漏处理。
2. 索引层:把唯一索引改成「业务键 + 时间戳」复合,降低间隙锁冲突(中等成本)
-- 原:UNIQUE KEY uk_biz_key (biz_key)
-- 改:把 created_at 放进唯一键,让相邻插入的区间更分散
ALTER TABLE t_idempotent
ADD UNIQUE KEY uk_bizkey_ts (biz_key, created_at);
这样做的原理:业务键本身是稀疏的(order:20240511:88321 这种字符串,字典序相邻但业务上无关),加上时间戳后,即使两个 biz_key 字典序相邻,它们的 (biz_key, created_at) 组合也不同,间隙锁命中的区间更小,AB-BA 概率显著下降。
代价:唯一性语义变了——同一 biz_key 现在允许不同时间戳插入多次。如果业务上要求「同一 biz_key 全生命周期只允许一次」,这条路不能走,只能用方案 1 + 方案 3。
3. 架构层:把「靠 DB 唯一约束去重」改成「Redis SETNX 前置 + DB 兜底」(成本最高,收益最大)
请求 → Redis SETNX biz_key EX 86400 → 成功则放行,失败则丢弃
↓ 放行
INSERT t_idempotent(DB 唯一约束兜底)
Redis SETNX 是 O(1) 的原子操作,根本不需要在 B+ 树上做唯一性检查,也就不会触发那把 S 间隙锁。DB 的唯一索引保留,作为 Redis 故障时的兜底(Redis 挂了,请求穿透到 DB,DB 唯一约束仍然能拦住重复)。
实测:改造后 1213 错误从「高峰期每分钟 30~50 次」降到一周 0 次,P99 从 800ms 回落到 14ms。
四、踩过的坑与反直觉之处
坑 1:innodb_autoinc_lock_mode 设成 1 反而更差。
一开始我以为是「自增锁模式」的问题,把 innodb_autoinc_lock_mode 从 2 改成 1(consecutive,持 AUTO-INC 表级锁)。结果死锁没减少,反而吞吐量掉了 22%——因为表级 AUTO-INC 锁让并发插入串行化了。真正的问题在二级索引的间隙锁,不在自增分配。
坑 2:EXPLAIN 对 INSERT 没用。
EXPLAIN INSERT ... 只告诉你「走哪个索引」,不会告诉你会加哪些锁、锁住哪个区间。要看锁,得开 innodb_print_all_deadlocks=ON,然后去 SHOW ENGINE INNODB STATUS 的 LATEST DETECTED DEADLOCK 段里读——那段输出会明确写出「T1 在 uk_biz_key 上等待 S 锁,T2 持有」,比任何 EXPLAIN 都有用。
坑 3:把 biz_key 从 VARCHAR 改成 INT 不会解决问题。
有人建议「把字符串键改成自增 INT 键,间隙锁就小了」——错。问题不是键的类型,是并发事务在二级索引上的锁获取顺序与主键插入顺序不一致。改成 INT 键,只要插入顺序还是交错的,AB-BA 照样成立。
坑 4:重试要带退避,不能裸重试。 第一次死锁后立刻重试,两个事务的锁请求窗口高度重叠,第二次死锁概率反而更高。必须加随机退避(50~200ms),让两个事务的锁获取窗口错开。
五、结论与可复用清单
结论:InnoDB 里「靠唯一索引做并发去重」是一个反模式——它在低并发下没问题,但 QPS 上 100 后,Duplicate Key 检查触发的 S 间隙锁 + 自增主键插入顺序不一致,会形成 AB-BA 死锁,且死锁是「结构性」的,不是「偶发」的,重试和调参都治标不治本。
可复用清单(按优先级):
- 应用层:1062(重复)和 1213(死锁)必须分开处理,1213 重试前要
SELECT EXISTS确认状态,重试带随机退避。 - 诊断:开
innodb_print_all_deadlocks=ON,死锁发生后第一时间读SHOW ENGINE INNODB STATUS的LATEST DETECTED DEADLOCK,看锁类型和等待方,别靠 EXPLAIN 猜。 - 索引层:如果业务允许「同一键不同时间可重复」,把唯一索引改成
(biz_key, created_at)复合键,缩小间隙锁区间。 - 架构层:高并发去重场景,用 Redis SETNX 前置 + DB 唯一约束兜底,把 B+ 树上的唯一性检查挪到 O(1) 的哈希操作上。
- 参数:
innodb_autoinc_lock_mode保持 2(interleaved),别为了「治死锁」改成 1——那是吞吐量的税,不是死锁的解药。
一句话:死锁的根因是「锁获取顺序不一致」,不是「锁太多」。把去重从 B+ 树上挪走,比调任何参数都有效。