Oracle多粒度锁机制的总结

1）数据库锁的基本概念

基本锁类型有两种：排他锁（Exclusive locks）记为X锁 ， 共享锁（Share locks）记为S锁。

     排他锁：若事务T对数据D加X锁，则其他事务都不能再对D加任何类型的锁，直至T释放D上的X锁；一般要求在修改数据前要向该数据加排他锁，所以排他锁又称为写锁。

     共享锁：若事务T对数据D加S锁，则其他事务只能对D加S锁，而不能加X锁，直至T释放D上的S锁；一般要求在读取数据前要向该数据加共享锁，所以共享锁又称为读锁。

 

（2）Oracle多粒度封锁机制

跟据保护对象的不同，Oracle数据库锁可以分为以下几类：

（1）DML lock（data locks ，数据锁）：用于保护数据的完整性；

（2）DDL lock (dictionary locks， 字典锁)：用于保护数据库对象的结构（例如表，视图，索引的结构定义）；

（3）internal locks 和 latche(内部锁和闩)：保护内部数据库结构；

（4）distributed locks（分布式锁）：用于OPS（并行服务器）中；

（5）PCM locks（并行高速缓存管理锁）：用于OPS（并行服务器）中；

 

DML（也可称为data locks，数据锁）锁。从封锁粒度（封锁对象的大小）的角度看，Oracle DML锁共有两个层次，即行级锁和表级锁。

2.1 Oracle的TX锁（行级锁，事务锁）

   TX的本义是Transaction（事务），当一个事务第一次执行数据修改（Insert，Update，Delete）或使用Select...For Update语句进行查询时，它即获得一个TX（事务）锁，直至该事务结束（执行Commit或RollBack操作）时，该锁才被释放。所以一个TX锁，可以对应多个被该事务锁定的数据行。

   在Oracle数据行上，都有一个标志位来表示该行数据是否被锁定。数据行上的锁标志一旦被置位，就表明该数据行被加X锁，Oracle在数据行上没有S锁。

2.2 TM锁（表级锁）

2.2.1意向锁的引出

   表是由行组成的，当我们向某个表加锁时，一方面要检查该锁的申请是否与原有的表级锁相容；另一方面，还要检查该表是否与表中的每一行上的锁相容。比如一个事务要在一个表上加S锁，如果表中的一行已被另外的事务加了X锁，那么该锁的申请也应被阻塞。如果表中的数据很多，逐行检查锁标志的开销将很大，系统性能将会受到影响。为了解决这个问题，可以在表级引入新的锁类型来表示其所属行的加锁情况，这就引出了“意向锁”的概念。

   意向锁的含义是如果对一个节点加意向锁，则说明该节点的下层节点正在被加锁；对任一节点加锁时，必须先对它的上层节点加意向锁。如：对表中的任一行加锁时，必须先对它所在的表加意向锁，然后再对该行加锁。这样一来，事务对表加锁时，就不再需要检查表中每行记录的锁标志位了，系统效率得到了大大的提高。

 

2.2.2 意向锁的类型

 由两种基本的锁类型（S锁，X锁），可以自然地派生出两种意向锁。

 

    意向共享锁（Intent Share Lock ，简称IS锁）：如果要对一个数据库对象加S锁，首先要对其上节点加IS锁，表示它的后裔节点拟（意向）加S锁。

    意向排他锁（Intent Exclusive Lock，简称IX锁）：如果要对一个数据库对象加X锁，首先要对其上节点加IX锁，表示它的后裔节点拟（意向）加X锁。

另外，基本的锁类型（S，X）与意向锁类型（IS，IX）之间还可以组合出新的锁类型，理论上可以组合出四种，即S+IS, S+IX, X+IX, X+IX, 但稍微分析不难看出，实际上只有S+IX有新的意义，其他三种组合都没有是锁的强度提高（即：S+IS=S，X+IS=X，X+IX=X，这里的“=”指锁的强度相同）。所谓锁的强度是指对其它锁的排斥程度。

这样我们可以引入一种新的锁的类型。

    共享意向排他锁（Shared Intent Exclusive Lock，简称SIX锁）：如果对一个数据库对象加SIX锁，表示对它加S锁，再加IX锁，即SIX = S + IX。例如：事务对某个表加SIX锁，则表示该事务要读整个表（所以要对表加S锁），同时会更新个别行（所以要对该表加IX锁）。

这样数据库对象上所能加的锁类型就有5种：即S，X，IS，IX，SIX。

具有意向锁的多粒度封锁方法中任意事务T要对一个数据库对象加锁，必须先对它的上层节点加意向锁。申请封锁时按自上而下的次序进行；释放封锁时则按自下而上的次序进行；具有意向锁的多粒度封锁方法提高了系统的并发度，减少了加锁和解锁的开销。

 

2.2.3 Oracle的TM锁（表级锁）

    Oracle的DML锁（数据锁）正是采用了上面提到的多粒度封锁方法，其行级锁虽然只有一种（即X锁），但其TM锁（表级锁）类型共有5种，分别为共享锁（S锁）、排它锁（X锁）、行级共享锁（RS锁）、行级排它锁（RX锁）、共享行级排它锁（SRX锁），与上面提到的S、X、IS、IX、SIX相对应。

需要注意的是，由于Oracle在行级只提供X锁，所以与RS锁（通过SELECT … FOR UPDATE语句获得）对应的行级锁也是X锁（但是该行数据实际上还没有被修改），这与理论上的IS锁是有区别的。

 

下表为Oracle数据库TM锁的相容矩阵（Y=Yes，表示相容的请求； N=No，表示不相容的请求；-表示没有加锁请求）：

 

        T2

T1

S

X

RS

RX

SRX

-

S

Y

N

Y

N

N

Y

X

N

N

N

N

N

Y

RS

Y

N

Y

Y

Y

Y

RX

N

N

Y

Y

N

Y

SRX

N

N

Y

N

N

Y

-

Y

Y

Y

Y

Y

Y

表一：Oracle数据库TM锁的相容矩阵

 

一方面，当Oracle执行SELECT…FOR UPDATE、INSERT、UPDATE、DELETE等DML语句时，系统自动在所要操作的表上申请表级RS锁（SELECT…FOR UPDATE）或RX锁（INSERT、UPDATE、DELETE），当表级锁获得后，系统再自动申请TX锁，并将实际锁定的数据行的锁标志位置位（指向该TX锁）；另一方面，程序或操作人员也可以通过LOCK TABLE语句来指定获得某种类型的TM锁。下表总结了Oracle中各SQL语句产生TM锁的情况：

 

SQL语句

表锁模式

允许的锁模式

Select * from table_name……

无

RS、RX、S、SRX、X

Insert into table_name……

RX

RS、RX

Update table_name……

RX

RS、RX

Delete from table_name……

RX

RS、RX

Select * from table_name for update

RS

RS、RX、S、SRX

lock table table_name in row share mode

RS

RS、RX、S、SRX

lock table table_name in row exclusive mode

RX

RS、RX

lock table table_name in share mode

S

RS、S

lock table table_name in share row exclusive mode

SRX

RS

lock table table_name in exclusive mode

X

无

表二：Oracle数据库TM锁小结

 

我们可以看到，通常的DML操作（SELECT…FOR UPDATE、INSERT、UPDATE、DELETE），在表级获得的只是意向锁（RS或RX），其真正的封锁粒度还是在行级；另外，Oracle数据库的一个显著特点是，在缺省情况下，单纯地读数据（SELECT）并不加锁，Oracle通过回滚段（Rollback segment）来保证用户不读“脏”数据。这些都极大地提高了系统的并发程度。

由于意向锁及数据行上锁标志位的引入，极大地减小了Oracle维护行级锁的开销，这些技术的应用使Oracle能够高效地处理高度并发的事务请求。