MySQL-这个杀手不太冷,不会打爆你的头

在MySQL中有两个kill命令：

• 一个是kill query +线程id，表示终止这个线程中正在执行的语句；
• 一个是kill connection+线程id，这里connection可缺省，表示断开这个线程的连接，当然如果这个线程有语句正在执行，也是要先停止正在执行的语句的。

不知道你在使用MySQL的时候，有没有遇到过这样的现象：使用了kill命令，却没能断开这个连接。再执行show processlist命令，看到这条语句的Command列显示的是Killed。
你一定会奇怪，显示为Killed是什么意思，不是应该直接在show processlist的结果里看不到这个线程了吗？
其实大多数情况下，kill query/connection命令是有效的。比如，执行一个查询的过程中，发现执行时间太久，要放弃继续查询，这时我们就可以用kill query命令，终止这条查询语句。
还有一种情况是，语句处于锁等待的时候，直接使用kill命令也是有效的

图1 kill query 成功的例子
可以看到，session C 执行kill query以后，session B几乎同时就提示了语句被中断。这，就是我们预期的结果。是不是很神奇？

收到kill以后，线程做什么

停下来想一下：session B是直接终止掉线程，什么都不管就直接退出吗？显然，这是不行的。当对一个表做增删改查操作时，会在表上加MDL读锁。所以，session B虽然处于blocked状态，但还是拿着一个MDL读锁的。如果线程被kill的时候，就直接终止，那之后这个MDL读锁就没机会被释放了。这样看来，kill并不是马上停止的意思，而是告诉执行线程说，这条语句已经不需要继续执行了，可以开始“执行停止的逻辑了”

其实，这跟Linux的kill命令类似，kill -N pid并不是让进程直接停止，而是给进程发一个信号，然后进程处理这个信号，进入终止逻辑。只是对于MySQL的kill命令来说，不需要传信号量参数，就只有“停止”这个命令。

实现上，当用户执行kill query thread_id_B时，MySQL里处理kill命令的线程做了两件事：

• 把session B的运行状态改成THD::KILL_QUERY(将变量killed赋值为THD::KILL_QUERY)；

• 给session B的执行线程发一个信号。

为什么要发信号呢？

因为像图1的我们例子里面，session B处于锁等待状态，如果只是把session B的线程状态设置THD::KILL_QUERY，线程B并不知道这个状态变化，还是会继续等待。发一个信号的目的，就是让session B退出等待，来处理这个THD::KILL_QUERY状态。

上面的分析中，隐含了这么三层意思：

• 一个语句执行过程中有多处“埋点”，在这些“埋点”的地方判断线程状态，如果发现线程状态是THD::KILL_QUERY，才开始进入语句终止逻辑；

• 如果处于等待状态，必须是一个可以被唤醒的等待，否则根本不会执行到“埋点”处；

• 语句从开始进入终止逻辑，到终止逻辑完全完成，是有一个过程的。

到这里你就知道了，原来不是“说停就停的”。

kill失灵的情况

首先，执行set global innodb_thread_concurrency=2，将InnoDB的并发线程上限数设置为2；然后，执行下面的序列：

图2 kill query 无效的例子

可以看到：

sesssion C执行的时候被堵住了；

但是session D执行的kill query C命令却没什么效果，

直到session E执行了kill connection命令，才断开了session C的连接，提示“Lost connection to MySQL server during query”，

但是这时候，如果在session E中执行show processlist，你就能看到下面这个图。

图3 kill connection之后的效果

这时候，id=12这个线程的Commnad列显示的是Killed。也就是说，客户端虽然断开了连接，但实际上服务端上这条语句还在执行过程中。

为什么在执行kill query命令时，这条语句不像第一个例子的update语句一样退出呢？
在实现上，等行锁时，使用的是pthread_cond_timedwait函数，这个等待状态可以被唤醒。但是，在这个例子里，12号线程的等待逻辑是这样的：每10毫秒判断一下是否可以进入InnoDB执行，如果不行，就调用nanosleep函数进入sleep状态。

也就是说，虽然12号线程的状态已经被设置成了KILL_QUERY，但是在这个等待进入InnoDB的循环过程中，并没有去判断线程的状态，因此根本不会进入终止逻辑阶段。

而当session E执行kill connection 命令时，是这么做的，

• 把12号线程状态设置为KILL_CONNECTION；

• 关掉12号线程的网络连接。因为有这个操作，所以你会看到，这时候session C收到了断开连接的提示

那为什么执行show processlist的时候，会看到Command列显示为killed呢？其实，这就是因为在执行show processlist的时候，有一个特别的逻辑：

如果一个线程的状态是KILL_CONNECTION，就把Command列显示成Killed。

所以其实，即使是客户端退出了，这个线程的状态仍然是在等待中。那这个线程什么时候会退出呢？

答案是，只有等到满足进入InnoDB的条件后，session C的查询语句继续执行，然后才有可能判断到线程状态已经变成了KILL_QUERY或者KILL_CONNECTION，再进入终止逻辑阶段。

小结：
kill 无效的情况：
1 线程没有执行到判断线程状态的逻辑
2 终止逻辑耗时较长

• 超大事务执行期间被kill。这时候，回滚操作需要对事务执行期间生成的所有新数据版本做回收操作，耗时很长。

• 大查询回滚。如果查询过程中生成了比较大的临时文件，加上此时文件系统压力大，删除临时文件可能需要等待IO资源，导致耗时较长。

• DDL命令执行到最后阶段，如果被kill，需要删除中间过程的临时文件，也可能受IO资源影响耗时
  3 问题1 Ctrl+c，是不是可以直接终止线程呢？
  答案是，不可以；这里有一个误解，其实在客户端的操作只能操作到客户端的线程，客户端和服务端只能通过网络交互，是不可能直接操作服务端线程的。

而由于MySQL是停等协议，所以这个线程执行的语句还没有返回的时候，再往这个连接里面继续发命令也是没有用的。实际上，执行Ctrl+C的时候，是MySQL客户端另外启动一个连接，然后发送一个kill query 命令。

对客户端的误解

• 如果库里面的表特别多，连接就会很慢。
  有些线上的库，会包含很多表（我见过最多的一个库里有6万个表）。这时候，你就会发现，每次用客户端连接都会卡在下面这个界面上。
  
  图4 连接等待

而如果db1这个库里表很少的话，连接起来就会很快，可以很快进入输入命令的状态。因此，有同学会认为是表的数目影响了连接性能。
每个客户端在和服务端建立连接的时候，需要做的事情就是TCP握手、用户校验、获取权限。但这几个操作，显然跟库里面表的个数无关。

但实际上，正如图中的文字提示所说的，当使用默认参数连接的时候，MySQL客户端会提供一个本地库名和表名补全的功能。为了实现这个功能，客户端在连接成功后，需要多做一些操作：

• 执行show databases；

• 切到db1库，执行show tables；

• 把这两个命令的结果用于构建一个本地的哈希表。

在这些操作中，最花时间的就是第三步在本地构建哈希表的操作。所以，当一个库中的表个数非常多的时候，这一步就会花比较长的时间。
也就是说，我们感知到的连接过程慢，其实并不是连接慢，也不是服务端慢，而是客户端慢。

图中的提示也说了，如果在连接命令中加上-A，就可以关掉这个自动补全的功能，然后客户端就可以快速返回了。

这里自动补全的效果就是，你在输入库名或者表名的时候，输入前缀，可以使用Tab键自动补全表名或者显示提示。

实际使用中，如果你自动补全功能用得并不多，我建议你每次使用的时候都默认加-A。其实提示里面没有说，除了加-A以外，加–quick(或者简写为-q)参数，也可以跳过这个阶段。但是，这个–quick是一个更容易引起误会的参数，也是关于客户端常见的一个误解。

你看到这个参数，是不是觉得这应该是一个让服务端加速的参数？但实际上恰恰相反，设置了这个参数可能会降低服务端的性能。为什么这么说呢？

MySQL客户端发送请求后，接收服务端返回结果的方式有两种：

一种是本地缓存，也就是在本地开一片内存，先把结果存起来。如果你用API开发，对应的就是mysql_store_result 方法。

另一种是不缓存，读一个处理一个。如果你用API开发，对应的就是mysql_use_result方法。

MySQL客户端默认采用第一种方式，而如果加上–quick参数，就会使用第二种不缓存的方式。

采用不缓存的方式时，如果本地处理得慢，就会导致服务端发送结果被阻塞，因此会让服务端变慢。关于服务端的具体行为，我会在下一篇文章再和你展开说明。

那你会说，既然这样，为什么要给这个参数取名叫作quick呢？这是因为使用这个参数可以达到以下三点效果：

第一点，就是前面提到的，跳过表名自动补全功能。
第二点，mysql_store_result需要申请本地内存来缓存查询结果，如果查询结果太大，会耗费较多的本地内存，可能会影响客户端本地机器的性能；
第三点，是不会把执行命令记录到本地的命令历史文件。
所以你看到了，–quick参数的意思，是让客户端变得更快。

总结：
kill 不掉，其实是因为发送kill命令的客户端，并没有强行停止目标线程的执行，而只是设置了个状态，并唤醒对应的线程，而被kill的线程，需要执行到判断状态的“埋点”，才会开始进入终止逻辑阶段。并且，终止逻辑本身也是需要耗费时间的。

• 方案：
  • 临时调大innodb_thread_concurrency的值，或者停掉别的线程，让出位子给这个线程执行。
  • 而如果是回滚逻辑由于受到IO资源限制执行得比较慢，就通过减少系统压力让它加速

打爆你的头（内存）

主机内存只有100G，现在要对一个200G的大表做全表扫描，会不会把数据库主机的内存用光了？这个问题确实值得担心，被系统OOM（out of memory）可不是闹着玩的。但是，反过来想想，逻辑备份的时候，可不就是做整库扫描吗？如果这样就会把内存吃光，逻辑备份不是早就挂了？
所以说，对大表做全表扫描，看来应该是没问题的。但是，这个流程到底是怎么样的呢？

全表扫描对server层的影响

假设，我们现在要对一个200G的InnoDB表db1. t，执行一个全表扫描。当然，你要把扫描结果保存在客户端，会使用类似这样的命令：

mysql -h$host -P$port -u$user -p$pwd -e "select * from db1.t" > $target_file

你已经知道了，InnoDB的数据是保存在主键索引上的，所以全表扫描实际上是直接扫描表t的主键索引。这条查询语句由于没有其他的判断条件，所以查到的每一行都可以直接放到结果集里面，然后返回给客户端。

那么，这个“结果集”存在哪里呢？

实际上，服务端并不需要保存一个完整的结果集。取数据和发数据的流程是这样的：

获取一行，写到net_buffer中。这块内存的大小是由参数net_buffer_length定义的，默认是16k。

重复获取行，直到net_buffer写满，调用网络接口发出去。

如果发送成功，就清空net_buffer，然后继续取下一行，并写入net_buffer。

如果发送函数返回EAGAIN或WSAEWOULDBLOCK，就表示本地网络栈（socket send buffer）写满了，进入等待。直到网络栈重新可写，再继续发送。

图5 查询结果发送流程

从这个流程中，你可以看到：

一个查询在发送过程中，占用的MySQL内部的内存最大就是net_buffer_length这么大，并不会达到200G；

socket send buffer 也不可能达到200G（默认定义/proc/sys/net/core/wmem_default），如果socket send buffer被写满，就会暂停读数据的流程。

也就是说，MySQL是“边读边发的”，这个概念很重要。这就意味着，如果客户端接收得慢，会导致MySQL服务端由于结果发不出去，这个事务的执行时间变长。

比如下面这个状态，就是我故意让客户端不去读socket receive buffer中的内容，然后在服务端show processlist看到的结果。

图6 服务端发送阻塞

如果你看到State的值一直处于“Sending to client”，就表示服务器端的网络栈写满了。

我在上面曾提到，如果客户端使用–quick参数，会使用mysql_use_result方法。这个方法是读一行处理一行。你可以想象一下，假设有一个业务的逻辑比较复杂，每读一行数据以后要处理的逻辑如果很慢，就会导致客户端要过很久才会去取下一行数据，可能就会出现如图2所示的这种情况。

因此，对于正常的线上业务来说，如果一个查询的返回结果不会很多的话，我都建议你使用mysql_store_result这个接口，直接把查询结果保存到本地内存。当然前提是查询返回结果不多。有同学说到自己因为执行了一个大查询导致客户端占用内存近20G，这种情况下就需要改用mysql_use_result接口了。

另一方面，如果你在自己负责维护的MySQL里看到很多个线程都处于“Sending to client”这个状态，就意味着你要让业务开发同学优化查询结果，并评估这么多的返回结果是否合理。

而如果要快速减少处于这个状态的线程的话，将net_buffer_length参数设置为一个更大的值是一个可选方案。

与“Sending to client”长相很类似的一个状态是“Sending data”，这是一个经常被误会的问题。有同学问我说，在自己维护的实例上看到很多查询语句的状态是“Sending data”，但查看网络也没什么问题啊，为什么Sending data要这么久？

实际上，一个查询语句的状态变化是这样的（注意：这里，我略去了其他无关的状态）：

MySQL查询语句进入执行阶段后，首先把状态设置成“Sending data”；
然后，发送执行结果的列相关的信息（meta data) 给客户端；
再继续执行语句的流程；
执行完成后，把状态设置成空字符串。
也就是说，“Sending data”并不一定是指“正在发送数据”，而可能是处于执行器过程中的任意阶段。比如，你可以构造一个锁等待的场景，就能看到Sending data状态。

可以看到，session B明显是在等锁，状态显示为Sending data。

也就是说，仅当一个线程处于“等待客户端接收结果”的状态，才会显示"Sending to client"；而如果显示成“Sending data”，它的意思只是“正在执行”。

现在你知道了，查询的结果是分段发给客户端的，因此扫描全表，查询返回大量的数据，并不会把内存打爆。

在server层的处理逻辑我们都清楚了，在InnoDB引擎里面又是怎么处理的呢？ 扫描全表会不会对引擎系统造成影响呢？

全表扫描对InnoDB的影响

介绍WAL机制的时候，和你分析了InnoDB内存的一个作用，是保存更新的结果，再配合redo log，就避免了随机写盘。内存的数据页是在Buffer Pool (BP)中管理的，在WAL里Buffer Pool 起到了加速更新的作用。而实际上，Buffer Pool 还有一个更重要的作用，就是加速查询。

有WAL机制，当事务提交的时候，磁盘上的数据页是旧的，那如果这时候马上有一个查询要来读这个数据页，是不是要马上把redo log应用到数据页呢？
答案：不需要。因为这时候内存数据页的结果是最新的，直接读内存页就可以了。你看，这时候查询根本不需要读磁盘，直接从内存拿结果，速度是很快的。所以说，Buffer Pool还有加速查询的作用。

而Buffer Pool对查询的加速效果，依赖于一个重要的指标，即：内存命中率。

你可以在show engine innodb status结果中，查看一个系统当前的BP命中率。一般情况下，一个稳定服务的线上系统，要保证响应时间符合要求的话，内存命中率要在99%以上。

执行show engine innodb status ，可以看到“Buffer pool hit rate”字样，显示的就是当前的命中率。比如这个命中率，就是99.0%。

Buffer pool hit rate 990/1000

如果所有查询需要的数据页都能够直接从内存得到，那是最好的，对应的命中率就是100%。但，这在实际生产上是很难做到的。

InnoDB Buffer Pool的大小是由参数 innodb_buffer_pool_size确定的，一般建议设置成可用物理内存的60%~80%。

在大约十年前，单机的数据量是上百个G，而物理内存是几个G；现在虽然很多服务器都能有128G甚至更高的内存，但是单机的数据量却达到了T级别。

所以，innodb_buffer_pool_size小于磁盘的数据量是很常见的。如果一个 Buffer Pool满了，而又要从磁盘读入一个数据页，那肯定是要淘汰一个旧数据页的。

InnoDB内存管理用的是最近最少使用 (Least Recently Used, LRU)算法，这个算法的核心就是淘汰最久未使用的数据。

基本LRU算法

InnoDB管理Buffer Pool的LRU算法，是用链表来实现的。

在图的状态1里，链表头部是P1，表示P1是最近刚刚被访问过的数据页；假设内存里只能放下这么多数据页；

这时候有一个读请求访问P3，因此变成状态2，P3被移到最前面；

状态3表示，这次访问的数据页是不存在于链表中的，所以需要在Buffer Pool中新申请一个数据页Px，加到链表头部。但是由于内存已经满了，不能申请新的内存。于是，会清空链表末尾Pm这个数据页的内存，存入Px的内容，然后放到链表头部。

从效果上看，就是最久没有被访问的数据页Pm，被淘汰了。

这个算法乍一看上去没什么问题，但是如果考虑到要做一个全表扫描，会不会有问题呢？

假设按照这个算法，我们要扫描一个200G的表，而这个表是一个历史数据表，平时没有业务访问它。

那么，按照这个算法扫描的话，就会把当前的Buffer Pool里的数据全部淘汰掉，存入扫描过程中访问到的数据页的内容。也就是说Buffer Pool里面主要放的是这个历史数据表的数据。

对于一个正在做业务服务的库，这可不妙。你会看到，Buffer Pool的内存命中率急剧下降，磁盘压力增加，SQL语句响应变慢。

所以，InnoDB不能直接使用这个LRU算法。实际上，InnoDB对LRU算法做了改进。

图 9 改进的LRU算法
在InnoDB实现上，按照5:3的比例把整个LRU链表分成了young区域和old区域。图中LRU_old指向的就是old区域的第一个位置，是整个链表的5/8处。也就是说，靠近链表头部的5/8是young区域，靠近链表尾部的3/8是old区域。
改进后的LRU算法执行流程变成了下面这样。

图9中状态1，要访问数据页P3，由于P3在young区域，因此和优化前的LRU算法一样，将其移到链表头部，变成状态2。

之后要访问一个新的不存在于当前链表的数据页，这时候依然是淘汰掉数据页Pm，但是新插入的数据页Px，是放在LRU_old处。

处于old区域的数据页，每次被访问的时候都要做下面这个判断：

若这个数据页在LRU链表中存在的时间超过了1秒，就把它移动到链表头部；
如果这个数据页在LRU链表中存在的时间短于1秒，位置保持不变。1秒这个时间，是由参数innodb_old_blocks_time控制的。其默认值是1000，单位毫秒。

这个策略，就是为了处理类似全表扫描的操作量身定制的。还是以刚刚的扫描200G的历史数据表为例，我们看看改进后的LRU算法的操作逻辑：

扫描过程中，需要新插入的数据页，都被放到old区域;

一个数据页里面有多条记录，这个数据页会被多次访问到，但由于是顺序扫描，这个数据页第一次被访问和最后一次被访问的时间间隔不会超过1秒，因此还是会被保留在old区域；

再继续扫描后续的数据，之前的这个数据页之后也不会再被访问到，于是始终没有机会移到链表头部（也就是young区域），很快就会被淘汰出去。

可以看到，这个策略最大的收益，就是在扫描这个大表的过程中，虽然也用到了Buffer Pool，但是对young区域完全没有影响，从而保证了Buffer Pool响应正常业务的查询命中率。

总结：
MySQL采用的是边算边发的逻辑，因此对于数据量很大的查询结果来说，不会在server端保存完整的结果集。所以，如果客户端读结果不及时，会堵住MySQL的查询过程，但是不会把内存打爆。
而对于InnoDB引擎内部，由于有淘汰策略，大查询也不会导致内存暴涨。并且，由于InnoDB对LRU算法做了改进，冷数据的全表扫描，对Buffer Pool的影响也能做到可控。

全表扫描还是比较耗费IO资源的，所以业务高峰期还是不能直接在线上主库执行全表扫描的。