數(shù)據(jù)庫中的鎖

1 前言

數(shù)據(jù)庫大并發(fā)操作要考慮死鎖和鎖的性能問題?？吹骄W(wǎng)上大多語焉不詳(尤其更新鎖），所以這里做個簡明解釋，為下面描述方便，這里用T1代表一個數(shù)據(jù)庫執(zhí)行請求，T2代表另一個請求，也可以理解為T1為一個線程，T2 為另一個線程。T3,T4以此類推。下面以SQL Server(2005)為例。

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2 鎖的種類

  1. 共享鎖(Shared lock)。

    例1：
----------------------------------------
T1:    select * from table (請想象它需要執(zhí)行1個小時之久，后面的sql語句請都這么想象）
T2:    update table set column1='hello'

過程：

T1運行 （加共享鎖)
T2運行
If T1 還沒執(zhí)行完
    T2等......
else
    鎖被釋放
    T2執(zhí)行
endif

T2之所以要等，是因為T2在執(zhí)行update前，試圖對table表加一個排他鎖，
而數(shù)據(jù)庫規(guī)定同一資源上不能同時共存共享鎖和排他鎖。所以T2必須等T1
執(zhí)行完，釋放了共享鎖，才能加上排他鎖，然后才能開始執(zhí)行update語句。

例2：
----------------------------------------
T1:    select * from table
T2:    select * from table

這里T2不用等待T1執(zhí)行完，而是可以馬上執(zhí)行。

分析：
T1運行，則table被加鎖，比如叫l(wèi)ockA
T2運行，再對table加一個共享鎖，比如叫l(wèi)ockB。

兩個鎖是可以同時存在于同一資源上的（比如同一個表上）。這被稱為共
享鎖與共享鎖兼容。這意味著共享鎖不阻止其它session同時讀資源，但阻
止其它session update

例3：
----------------------------------------
T1:    select * from table
T2:    select * from table
T3:    update table set column1='hello'

這次，T2不用等T1運行完就能運行，T3卻要等T1和T2都運行完才能運行。
因為T3必須等T1和T2的共享鎖全部釋放才能進行加排他鎖然后執(zhí)行update
操作。

例4：（死鎖的發(fā)生）
----------------------------------------
T1:
begin tran
select * from table (holdlock) (holdlock意思是加共享鎖，直到事物結(jié)束才釋放)
update table set column1='hello'

T2:
begin tran
select * from table(holdlock)
update table set column1='world'

假設(shè)T1和T2同時達到select，T1對table加共享鎖，T2也對加共享鎖，當(dāng)
T1的select執(zhí)行完，準(zhǔn)備執(zhí)行update時，根據(jù)鎖機制，T1的共享鎖需要升
級到排他鎖才能執(zhí)行接下來的update.在升級排他鎖前，必須等table上的
其它共享鎖釋放，但因為holdlock這樣的共享鎖只有等事務(wù)結(jié)束后才釋放，
所以因為T2的共享鎖不釋放而導(dǎo)致T1等(等T2釋放共享鎖，自己好升級成排
他鎖），同理，也因為T1的共享鎖不釋放而導(dǎo)致T2等。死鎖產(chǎn)生了。

例5：
----------------------------------------
T1:
begin tran
update table set column1='hello' where id=10

T2:
begin tran
update table set column1='world' where id=20

這種語句雖然最為常見，很多人覺得它有機會產(chǎn)生死鎖，但實際上要看情
況，如果id是主鍵上面有索引，那么T1會一下子找到該條記錄(id=10的記
錄），然后對該條記錄加排他鎖，T2，同樣，一下子通過索引定位到記錄，
然后對id=20的記錄加排他鎖，這樣T1和T2各更新各的，互不影響。T2也不
需要等。

但如果id是普通的一列，沒有索引。那么當(dāng)T1對id=10這一行加排他鎖后，
T2為了找到id=20，需要對全表掃描，那么就會預(yù)先對表加上共享鎖或更新
鎖或排他鎖(依賴于數(shù)據(jù)庫執(zhí)行策略和方式，比如第一次執(zhí)行和第二次執(zhí)行
數(shù)據(jù)庫執(zhí)行策略就會不同）。但因為T1已經(jīng)為一條記錄加了排他鎖，導(dǎo)致
T2的全表掃描進行不下去，就導(dǎo)致T2等待。

死鎖怎么解決呢？一種辦法是，如下：
例6：
----------------------------------------
T1:
begin tran
select * from table(xlock) (xlock意思是直接對表加排他鎖)
update table set column1='hello'

T2:
begin tran
select * from table(xlock)
update table set column1='world'

這樣，當(dāng)T1的select 執(zhí)行時，直接對表加上了排他鎖，T2在執(zhí)行select時，就需要等T1事物完全執(zhí)行完才能執(zhí)行。排除了死鎖發(fā)生。
但當(dāng)?shù)谌齻€user過來想執(zhí)行一個查詢語句時，也因為排他鎖的存在而不得不等待，第四個、第五個user也會因此而等待。在大并發(fā)
情況下，讓大家等待顯得性能就太友好了，所以，這里引入了更新鎖。

  2. 更新鎖(Update lock)

    為解決死鎖，引入更新鎖。

例7：
----------------------------------------
T1:
begin tran
select * from table(updlock) (加更新鎖)
update table set column1='hello'
T2:
begin tran
select * from table(updlock)
update table set column1='world'

更新鎖的意思是：“我現(xiàn)在只想讀，你們別人也可以讀，但我將來可能會做更新操作，我已經(jīng)獲取了從共享鎖（用來讀）到排他鎖
（用來更新）的資格”。一個事物只能有一個更新鎖獲此資格。

T1執(zhí)行select，加更新鎖。
T2運行，準(zhǔn)備加更新鎖，但發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有一個更新鎖在那兒了，只好等。

當(dāng)后來有user3、user4...需要查詢table表中的數(shù)據(jù)時，并不會因為T1的select在執(zhí)行就被阻塞，照樣能查詢，相比起例6，這提高
了效率。

例8:
----------------------------------------
T1:    select * from table(updlock)    (加更新鎖）
T2:    select * from table(updlock)    (等待，直到T1釋放更新鎖，因為同一時間不能在同一資源上有兩個更新鎖）
T3:    select * from table (加共享鎖，但不用等updlock釋放，就可以讀）

這個例子是說明：共享鎖和更新鎖可以同時在同一個資源上。這被稱為共享鎖和更新鎖是兼容的。

例9:
----------------------------------------
T1:
begin
select * from table(updlock)      (加更新鎖）
update table set column1='hello'  (重點：這里T1做update時，不需要等T2釋放什么，而是直接把更新鎖升級為排他鎖，然后執(zhí)行update)
T2:
begin
select * from table               (T1加的更新鎖不影響T2讀取）
update table set column1='world'  (T2的update需要等T1的update做完才能執(zhí)行)

我們以這個例子來加深更新鎖的理解，

第一種情況：T1先達，T2緊接到達；在這種情況中，T1先對表加更新鎖，T2對表加共享鎖，假設(shè)T2的select先執(zhí)行完，準(zhǔn)備執(zhí)行update，
發(fā)現(xiàn)已有更新鎖存在，T2等。T1執(zhí)行這時才執(zhí)行完select，準(zhǔn)備執(zhí)行update，更新鎖升級為排他鎖，然后執(zhí)行update，執(zhí)行完成，事務(wù)
結(jié)束，釋放鎖，T2才輪到執(zhí)行update。

第二種情況：T2先達，T1緊接達；在這種情況，T2先對表加共享鎖，T1達后，T1對表加更新鎖，假設(shè)T2 select先結(jié)束，準(zhǔn)備
update，發(fā)現(xiàn)已有更新鎖，則等待，后面步驟就跟第一種情況一樣了。

這個例子是說明：排他鎖與更新鎖是不兼容的，它們不能同時加在同一子資源上。

  3. 排他鎖（獨占鎖，Exclusive Locks)

    這個簡單，即其它事務(wù)既不能讀，又不能改排他鎖鎖定的資源。
例10
T1:    update table set column1='hello' where id<1000
T2:    update table set column1='world' where id>1000

假設(shè)T1先達，T2隨后至，這個過程中T1會對id<1000的記錄施加排他鎖.但不會阻塞T2的update。

例11 (假設(shè)id都是自增長且連續(xù)的）
T1:    update table set column1='hello' where id<1000
T2:    update table set column1='world' where id>900

如同例10，T1先達，T2立刻也到，T1加的排他鎖會阻塞T2的update.

  4. 意向鎖(Intent Locks)

    意向鎖就是說在屋（比如代表一個表）門口設(shè)置一個標(biāo)識，說明屋子里有人（比如代表某些記錄）被鎖住了。另一個人想知道屋子
里是否有人被鎖，不用進屋子里一個一個的去查，直接看門口標(biāo)識就行了。

當(dāng)一個表中的某一行被加上排他鎖后，該表就不能再被加表鎖。數(shù)據(jù)庫程序如何知道該表不能被加表鎖？一種方式是逐條的判斷該
表的每一條記錄是否已經(jīng)有排他鎖，另一種方式是直接在表這一層級檢查表本身是否有意向鎖，不需要逐條判斷。顯然后者效率高。

例12：
----------------------------------------
T1:    begin tran
       select * from table (xlock) where id=10  --意思是對id=10這一行強加排他鎖
T2:    begin tran
       select * from table (tablock)     --意思是要加表級鎖
       
假設(shè)T1先執(zhí)行，T2后執(zhí)行，T2執(zhí)行時，欲加表鎖，為判斷是否可以加表鎖，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要逐條判斷table表每行記錄是否已有排他鎖，
如果發(fā)現(xiàn)其中一行已經(jīng)有排他鎖了，就不允許再加表鎖了。只是這樣逐條判斷效率太低了。

實際上，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不是這樣工作的。當(dāng)T1的select執(zhí)行時，系統(tǒng)對表table的id=10的這一行加了排他鎖，還同時悄悄的對整個表
加了意向排他鎖(IX)，當(dāng)T2執(zhí)行表鎖時，只需要看到這個表已經(jīng)有意向排他鎖存在，就直接等待，而不需要逐條檢查資源了。

例13：
----------------------------------------
T1:    begin tran
       update table set column1='hello' where id=1
T2:    begin tran
       update table set column1='world' where id=1

這個例子和上面的例子實際效果相同，T1執(zhí)行，系統(tǒng)對table同時對行家排他鎖、對頁加意向排他鎖、對表加意向排他鎖。

  5. 計劃鎖(Schema Locks)

    例14：
----------------------------------------
alter table .... (加schema locks，稱之為Schema modification (Sch-M) locks

DDL語句都會加Sch-M鎖
該鎖不允許任何其它session連接該表。連都連不了這個表了，當(dāng)然更不用說想對該表執(zhí)行什么sql語句了。

例15:
----------------------------------------
用jdbc向數(shù)據(jù)庫發(fā)送了一條新的sql語句，數(shù)據(jù)庫要先對之進行編譯，在編譯期間，也會加鎖，稱之為：Schema stability (Sch-S) locks

select * from tableA

編譯這條語句過程中，其它session可以對表tableA做任何操作(update,delete，加排他鎖等等），但不能做DDL(比如alter table)操作。

  6. Bulk Update Locks 主要在批量導(dǎo)數(shù)據(jù)時用（比如用類似于oracle中的imp/exp的bcp命令）。不難理解，程序員往往也不需要關(guān)心，不贅述了。

3 何時加鎖？

如何加鎖，何時加鎖，加什么鎖，你可以通過hint手工強行指定，但大多是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)自動決定的。這就是為什么我們可以不懂鎖也可
以高高興興的寫SQL。

例15:
----------------------------------------
T1:    begin tran
       update table set column1='hello' where id=1
T2:    SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED  -- 事物隔離級別為允許臟讀
       go
       select * from table where id=1
這里，T2的select可以查出結(jié)果。如果事物隔離級別不設(shè)為臟讀，則T2會等T1事物執(zhí)行完才能讀出結(jié)果。

數(shù)據(jù)庫如何自動加鎖的？

1) T1執(zhí)行，數(shù)據(jù)庫自動加排他鎖
2) T2執(zhí)行，數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)事物隔離級別允許臟讀，便不加共享鎖。不加共享鎖，則不會與已有的排他鎖沖突，所以可以臟讀。

例16:
----------------------------------------
T1:    begin tran
       update table set column1='hello' where id=1
T2:    select * from table where id=1 --為指定隔離級別，則使用系統(tǒng)默認(rèn)隔離級別，它不允許臟讀

如果事物級別不設(shè)為臟讀，則：
1) T1執(zhí)行，數(shù)據(jù)庫自動加排他鎖
2) T2執(zhí)行，數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)事物隔離級別不允許臟讀，便準(zhǔn)備為此次select過程加共享鎖，但發(fā)現(xiàn)加不上，因為已經(jīng)有排他鎖了，所以就
   等啊等。直到T1執(zhí)行完，釋放了排他鎖，T2才加上了共享鎖，然后開始讀....

4 鎖的粒度

鎖的粒度就是指鎖的生效范圍，就是說是行鎖，還是頁鎖，還是整表鎖. 鎖的粒度同樣既可以由數(shù)據(jù)庫自動管理，也可以通過手工指定hint來管理。

例17：
----------------------------------------
T1:    select * from table (paglock)
T2:    update table set column1='hello' where id>10

T1執(zhí)行時，會先對第一頁加鎖，讀完第一頁后，釋放鎖，再對第二頁加鎖，依此類推。假設(shè)前10行記錄恰好是一頁(當(dāng)然，一般不可能
一頁只有10行記錄），那么T1執(zhí)行到第一頁查詢時，并不會阻塞T2的更新。

例18：
----------------------------------------
T1:    select * from table (rowlock)
T2:    update table set column1='hello' where id=10

T1執(zhí)行時，對每行加共享鎖，讀取，然后釋放，再對下一行加鎖;T2執(zhí)行時，會對id=10的那一行試圖加鎖，只要該行沒有被T1加上行鎖，
T2就可以順利執(zhí)行update操作。

例19：
----------------------------------------
T1:    select * from table (tablock)
T2:    update table set column1='hello' where id = 10

T1執(zhí)行，對整個表加共享鎖. T1必須完全查詢完，T2才可以允許加鎖，并開始更新。

以上3例是手工指定鎖的粒度，也可以通過設(shè)定事物隔離級別，讓數(shù)據(jù)庫自動設(shè)置鎖的粒度。不同的事物隔離級別，數(shù)據(jù)庫會有不同的
加鎖策略（比如加什么類型的鎖，加什么粒度的鎖）。具體請查聯(lián)機手冊。

5 鎖與事物隔離級別的優(yōu)先級

手工指定的鎖優(yōu)先，
例20:
----------------------------------------
T1:    GO
       SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE
       GO
       BEGIN TRANSACTION
       SELECT * FROM table (NOLOCK)
       GO
T2:    update table set column1='hello' where id=10

T1是事物隔離級別為最高級，串行鎖，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本應(yīng)對后面的select語句自動加表級鎖，但因為手工指定了NOLOCK，所以該select
語句不會加任何鎖，所以T2也就不會有任何阻塞。

6 數(shù)據(jù)庫的其它重要Hint以及它們的區(qū)別

1) holdlock 對表加共享鎖，且事物不完成，共享鎖不釋放。
2) tablock  對表加共享鎖，只要statement不完成，共享鎖不釋放。
   與holdlock區(qū)別，見下例：
   例21
   ----------------------------------------
   T1:
   begin tran
   select * from table (tablock)
   T2:
   begin tran
   update table set column1='hello' where id = 10

   T1執(zhí)行完select，就會釋放共享鎖，然后T2就可以執(zhí)行update. 此之謂tablock. 下面我們看holdlock
   例22
   ----------------------------------------
   T1:
   begin tran
   select * from table (holdlock)
   T2:
   begin tran
   update table set column1='hello' where id = 10
   
   T1執(zhí)行完select，共享鎖仍然不會釋放，仍然會被hold(持有），T2也因此必須等待而不能update. 當(dāng)T1最后執(zhí)行了commit或
   rollback說明這一個事物結(jié)束了，T2才取得執(zhí)行權(quán)。
  
3) TABLOCKX 對表加排他鎖
  
   例23：
   ----------------------------------------
   T1:    select * from table(tablockx) (強行加排他鎖）
   其它session就無法對這個表進行讀和更新了，除非T1執(zhí)行完了，就會自動釋放排他鎖。
   例24：
   ----------------------------------------
   T1:    begin tran
          select * from table(tablockx)
   這次，單單select執(zhí)行完還不行，必須整個事物完成（執(zhí)行了commit或rollback后）才會釋放排他鎖。
  
4) xlock 加排他鎖
   那它跟tablockx有何區(qū)別呢？

   它可以這樣用，
   例25:
   ----------------------------------------
   select * from table(xlock paglock) 對page加排他鎖
   而TABLELOCX不能這么用。

   xlock還可這么用：select * from table(xlock tablock) 效果等同于select * from table(tablockx)

7 鎖的超時等待

例26

SET LOCK_TIMEOUT 4000 用來設(shè)置鎖等待時間，單位是毫秒，4000意味著等待
4秒可以用select @@LOCK_TIMEOUT查看當(dāng)前session的鎖超時設(shè)置。-1 意味著
永遠等待。

T1: begin tran
    udpate table set column1='hello' where id = 10
T2: set lock_timeout 4000
    select * from table wehre id = 10

T2執(zhí)行時，會等待T1釋放排他鎖，等了4秒鐘，如果T1還沒有釋放排他鎖，T2就會拋出異常： Lock request time out period exceeded.

8 附：各種鎖的兼容關(guān)系表

| Requested mode                     | IS  | S   | U   | IX  | SIX | X  |
| Intent shared (IS)                 | Yes | Yes | Yes | Yes | Yes | No |
| Shared (S)                         | Yes | Yes | Yes | No  | No  | No |
| Update (U)                         | Yes | Yes | No  | No  | No  | No |
| Intent exclusive (IX)              | Yes | No  | No  | Yes | No  | No |
| Shared with intent exclusive (SIX) | Yes | No  | No  | No  | No  | No |
| Exclusive (X)                      | No  | No  | No  | No  | No  | No |

9 如何提高并發(fā)效率

  1. 悲觀鎖：利用數(shù)據(jù)庫本身的鎖機制實現(xiàn)。通過上面對數(shù)據(jù)庫鎖的了解，可以根據(jù)具體業(yè)務(wù)情況綜合使用事務(wù)隔離級別與合理的手工指定鎖的方式比如降低鎖的粒度等減少并發(fā)等待。

  2. 樂觀鎖：利用程序處理并發(fā)。原理都比較好理解，基本一看即懂。方式大概有以下3種

    1. 對記錄加版本號.

    2. 對記錄加時間戳.

    3. 對將要更新的數(shù)據(jù)進行提前讀取、事后對比。

不論是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)本身的鎖機制，還是樂觀鎖這種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)級別上的鎖機制，本質(zhì)上都是對狀態(tài)位的讀、寫、判斷。

數(shù)據(jù)庫中的鎖

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本文名稱：數(shù)據(jù)庫中的鎖
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