Oracle 多粒度鎖機制介紹

根據(jù)保護對象的不同，Oracle數(shù)據(jù)庫鎖可以分為以下幾大類：

(1) DML lock（data locks，數(shù)據(jù)鎖）：用于保護數(shù)據(jù)的完整性；

(2) DDL lock（dictionary locks，字典鎖）：用于保護數(shù)據(jù)庫對象的結(jié)構(gòu)（例如表、視圖、索引的結(jié)構(gòu)定義）；

(3) Internal locks 和latches（內(nèi)部鎖與閂）：保護內(nèi)部數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)；

(4) Distributed locks（分布式鎖）：用于OPS（并行服務(wù)器）中；

(5) PCM locks（并行高速緩存管理鎖）：用于OPS（并行服務(wù)器）中。

在Oracle中最主要的鎖是DML（也可稱為data locks，數(shù)據(jù)鎖）鎖。從封鎖粒度（封鎖對象的大小）的角度看，Oracle DML鎖共有兩個層次，即行級鎖和表級鎖。

3.1 Oracle的TX鎖（行級鎖、事務(wù)鎖）

許多對Oracle不太了解的技術(shù)人員可能會以為每一個TX鎖代表一條被封鎖的數(shù)據(jù)行，其實不然。TX的本義是Transaction（事務(wù)），當 一個事務(wù)第一次執(zhí)行數(shù)據(jù)更改（Insert、Update、Delete）或使用SELECT… FOR UPDATE語句進行查詢時，它即獲得一個TX（事務(wù)）鎖，直至該事務(wù)結(jié)束（執(zhí)行COMMIT或ROLLBACK操作）時，該鎖才被釋放。所以，一個TX 鎖，可以對應(yīng)多個被該事務(wù)鎖定的數(shù)據(jù)行（在我們用的時候多是啟動一個事務(wù)，然后SELECT… FOR UPDATE NOWAIT）。

在Oracle的每行數(shù)據(jù)上，都有一個標志位來表示該行數(shù)據(jù)是否被鎖定。Oracle不像DB2那樣，建立一個鏈表來維護每一行被加鎖的數(shù)據(jù)，這樣 就大大減小了行級鎖的維護開銷，也在很大程度上避免了類似DB2使用行級鎖時經(jīng)常發(fā)生的鎖數(shù)量不夠而進行鎖升級的情況。數(shù)據(jù)行上的鎖標志一旦被置位，就表 明該行數(shù)據(jù)被加X鎖，Oracle在數(shù)據(jù)行上沒有S鎖。

3.2 TM鎖（表級鎖）

3.2.1 意向鎖的引出

表是由行組成的，當我們向某個表加鎖時，一方面需要檢查該鎖的申請是否與原有的表級鎖相容；另一方面，還要檢查該鎖是否與表中的每一行上的鎖相容。 比如一個事務(wù)要在一個表上加S鎖，如果表中的一行已被另外的事務(wù)加了X鎖，那么該鎖的申請也應(yīng)被阻塞。如果表中的數(shù)據(jù)很多，逐行檢查鎖標志的開銷將很大， 系統(tǒng)的性能將會受到影響。為了解決這個問題，可以在表級引入新的鎖類型來表示其所屬行的加鎖情況，這就引出了"意向鎖"的概念。

意向鎖的含義是如果對一個結(jié)點加意向鎖，則說明該結(jié)點的下層結(jié)點正在被加鎖；對任一結(jié)點加鎖時，必須先對它的上層結(jié)點加意向鎖。如：對表中的任一行 加鎖時，必須先對它所在的表加意向鎖，然后再對該行加鎖。這樣一來，事務(wù)對表加鎖時，就不再需要檢查表中每行記錄的鎖標志位了，系統(tǒng)效率得以大大提高。

3.2.2 意向鎖的類型

由兩種基本的鎖類型（S鎖、X鎖），可以自然地派生出兩種意向鎖：

意向共享鎖（Intent Share Lock，簡稱IS鎖）：如果要對一個數(shù)據(jù)庫對象加S鎖，首先要對其上級結(jié)點加IS鎖，表示它的后裔結(jié)點擬（意向）加S鎖；

意向排它鎖（Intent Exclusive Lock，簡稱IX鎖）：如果要對一個數(shù)據(jù)庫對象加X鎖，首先要對其上級結(jié)點加IX鎖，表示它的后裔結(jié)點擬（意向）加X鎖。

另外，基本的鎖類型（S、X）與意向鎖類型（IS、IX）之間還可以組合出新的鎖類型，理論上可以組合出4種， 即：S+IS，S+IX，X+IS，X+IX，但稍加分析不難看出，實際上只有S+IX有新的意義，其它三種組合都沒有使鎖的強度得到提高 （即：S+IS=S，X+IS=X，X+IX=X，這里的"="指鎖的強度相同）。所謂鎖的強度是指對其它鎖的排斥程度。

這樣我們又可以引入一種新的鎖的類型：

共享意向排它鎖（Shared Intent Exclusive Lock,簡稱SIX鎖）：如果對一個數(shù)據(jù)庫對象加SIX鎖，表示對它加S鎖，再加IX鎖，即SIX=S+IX。例如：事務(wù)對某個表加SIX鎖，則表示該 事務(wù)要讀整個表（所以要對該表加S鎖），同時會更新個別行（所以要對該表加IX鎖）。

這樣數(shù)據(jù)庫對象上所加的鎖類型就可能有5種：即S、X、IS、IX、SIX。

具有意向鎖的多粒度封鎖方法中任意事務(wù)T要對一個數(shù)據(jù)庫對象加鎖，必須先對它的上層結(jié)點加意向鎖。申請封鎖時應(yīng)按自上而下的次序進行；釋放封鎖時則 應(yīng)按自下而上的次序進行；具有意向鎖的多粒度封鎖方法提高了系統(tǒng)的并發(fā)度，減少了加鎖和解鎖的開銷。

3.3 Oracle的TM鎖（表級鎖）

Oracle的DML鎖（數(shù)據(jù)鎖）正是采用了上面提到的多粒度封鎖方法，其行級鎖雖然只有一種（即X鎖），但其TM鎖（表級鎖）類型共有5種，分別 稱為共享鎖（S鎖）、排它鎖（X鎖）、行級共享鎖（RS鎖）、行級排它鎖（RX鎖）、共享行級排它鎖（SRX鎖），與上面提到的S、X、IS、IX、 SIX相對應(yīng)。需要注意的是，由于Oracle在行級只提供X鎖，所以與RS鎖（通過SELECT … FOR UPDATE語句獲得）對應(yīng)的行級鎖也是X鎖（但是該行數(shù)據(jù)實際上還沒有被修改），這與理論上的IS鎖是有區(qū)別的。 鎖的兼容性是指當一個應(yīng)用程序在表（行）上加上某種鎖后，其他應(yīng)用程序是否能夠在表（行）上加上相應(yīng)的鎖，如果能夠加上，說明這兩種鎖是兼容的，否則說明 這兩種鎖不兼容，不能對同一數(shù)據(jù)對象并發(fā)存取。

下表為Oracle數(shù)據(jù)庫TM鎖的兼容矩陣（Y=Yes，表示兼容的請求； N=No，表示不兼容的請求；-表示沒有加鎖請求）：

表五：Oracle數(shù)據(jù)庫TM鎖的相容矩陣

image

一方面，當Oracle執(zhí)行SELECT…FOR UPDATE、INSERT、UPDATE、DELETE等DML語句時，系統(tǒng)自動在所要操作的表上申請表級RS鎖（SELECT…FOR UPDATE）或RX鎖（INSERT、UPDATE、DELETE），當表級鎖獲得后，系統(tǒng)再自動申請TX鎖，并將實際鎖定的數(shù)據(jù)行的鎖標志位置位（指 向該TX鎖）；另一方面，程序或操作人員也可以通過LOCK TABLE語句來指定獲得某種類型的TM鎖。下表是筆者總結(jié)了Oracle中各SQL語句產(chǎn)生TM鎖的情況：

表六：Oracle數(shù)據(jù)庫TM鎖小結(jié)

image

我們可以看到，通常的DML操作（SELECT…FOR UPDATE、INSERT、UPDATE、DELETE），在表級獲得的只是意向鎖（RS或RX），其真正的封鎖粒度還是在行級；另外，Oracle數(shù) 據(jù)庫的一個顯著特點是，在缺省情況下，單純地讀數(shù)據(jù)（SELECT）并不加鎖，Oracle通過回滾段（Rollback segment）來保證用戶不讀"臟"數(shù)據(jù)。這些都提高了系統(tǒng)的并發(fā)程度。

由于意向鎖及數(shù)據(jù)行上鎖標志位的引入，減小了Oracle維護行級鎖的開銷，這些技術(shù)的應(yīng)用使Oracle能夠高效地處理高度并發(fā)的事務(wù)請求。

Oracle 多粒度封鎖機制的監(jiān)控

為了監(jiān)控Oracle系統(tǒng)中鎖的狀況，我們需要對幾個系統(tǒng)視圖有所了解：

5.1 v$lock視圖

v$lock視圖列出當前系統(tǒng)持有的或正在申請的所有鎖的情況，其主要字段說明如下：

表七：v$lock視圖主要字段說明

image

其中在TYPE字段的取值中，本文只關(guān)心TM、TX兩種DML鎖類型；

5.2 v$locked_object視圖

v$locked_object視圖列出當前系統(tǒng)中哪些對象正被鎖定，其主要字段說明如下：

表八：v$locked_object視圖字段說明

image

5.3 Oracle鎖監(jiān)控腳本

根據(jù)上述系統(tǒng)視圖，可以編制腳本來監(jiān)控數(shù)據(jù)庫中鎖的狀況。

5.3.1 showlock.sql

第一個腳本showlock.sql，該腳本通過連接v$locked_object與all_objects兩視圖，顯示哪些對象被哪些會話鎖 ?。?/p>

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<pre class="displaycode" name="code" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; margin: 0px 0px 24px; padding: 8px; font-weight: normal; position: relative; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; overflow-x: auto; font-family: Consolas, Inconsolata, Courier, monospace; font-size: 1em; line-height: 22px; color: rgb(0, 0, 0);">/* showlock.sql */
column o_name format a10
column lock_type format a20
column object_name format a15
select rpad(oracle_username,10) o_name,session_id sid,
decode(locked_mode,0,'None',1,'Null',2,'Row share',
3,'Row Exclusive',4,'Share',5,'Share Row Exclusive',6,'Exclusive') lock_type,
object_name ,xidusn,xidslot,xidsqn
from vlocked_object.object_id=all_objects.object_id;
5.3.2 showalllock.sql
</pre>

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第二個腳本showalllock.sql，該腳本主要顯示當前所有TM、TX鎖的信息；

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<pre class="displaycode" name="code" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; margin: 0px 0px 24px; padding: 8px; font-weight: normal; position: relative; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word; overflow-x: auto; font-family: Consolas, Inconsolata, Courier, monospace; font-size: 1em; line-height: 22px; color: rgb(0, 0, 0);">/* showalllock.sql */
select sid,type,id1,id2,
decode(lmode,0,'None',1,'Null',2,'Row share',
3,'Row Exclusive',4,'Share',5,'Share Row Exclusive',6,'Exclusive')
lock_type,request,ctime,block
from v$lock
where TYPE IN('TX','TM');</pre>

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