Oracle的数据并发与一致性详解(下)
上篇介绍了数据并发与一致性的相关概念、以及oracle的事务隔离级别等内容,本篇继续介绍锁机制、自动锁、手动锁、用户自定义锁的相关内容。
请尊重作者劳动成果,转载请标明原文链接:
https://www.cnblogs.com/jpcflyer/p/9169357.html
一、锁机制
事务之间的并发控制实际是通过锁实现的,锁是用来预防事务之间访问相同数据时的破坏性交互(比如错误的更新数据等)的一种机制,在维护数据库并发性与一致性方面扮演了一个重要角色。
1.锁的基本概念
一般来说,数据库有两种类型的锁:共享锁(share locks)和排他锁(exclusive locks)。一个资源(比如一行或一个表)上面只能有一个排他锁,但可以有多个共享锁。具体后文会有详细介绍。锁会影响到查询reader和writer的交互(reader是查询某资源,writer是修改某资源),下面总结了Oracle中reader和writer的锁定行为:
- 只有一个writer 在修改一行时,这一行才会被锁:当一个语句更新了一行,则事务只获取了这一行的锁,以实现数据库的最小争用。在正常情况下,数据库不会将行锁升级为块锁,甚至表锁。
- 某行的writer会阻塞并发的该行的其它writer:如果一个事务在修改某一行,那么行锁会阻止其它事务在这一时间内修改这一行
- reader永远不会堵塞writer:因为该行的reader不会对这行上锁(当然select .. for update除外,这是个特殊的select)
- writer永远不会堵塞reader:当一个writer正在修改一行时,数据库通过使用undo数据来对reader提供读一致性(上篇有过介绍了)
注意:在一些非常特殊的场景中,reader可能会等待同一个块的写。
2.锁的使用
数据库使用锁完成了下面的重要需求:
- 一致性(Consistency):正在查看或修改的数据不能被其它session修改,直到用户修改完成
- 完整性(Integrity):数据或结构必须按正确的顺序来反应对它们所做的所有修改
锁是根据需要自动执行的,不需要用户做什么操作。看下面的一个简单案例:
1 UPDATE employees 2 SET email = ?, phone_number = ? 3 WHERE employee_id = ? 4 AND email = ? 5 AND phone_number = ?
在此update中,email和phone_number都是原始的值,这样更新,能够避免上篇提到的丢失更新的问题。下表显示了当两个会话在相同时间更新employees表中相同的行时的执行顺序:
时间 | 会议1 | 会议2 | 说明 |
---|---|---|---|
t0 |
SELECT employee_id, email, phone_number FROM hr.employees WHERE last_name = 'Himuro';EMPLOYEE_ID EMAIL PHONE_NUMBER ----------- ------- ------------118 GHIMURO 515.127.4565 |
||
t1 |
SELECT employee_id, email, phone_number FROM hr.employees WHERE last_name = 'Himuro';EMPLOYEE_ID EMAIL PHONE_NUMBER ----------- ------- ------------118 GHIMURO 515.127.4565 |
||
t2 |
UPDATE hr.employees SET phone_number='515.555.1234' WHERE employee_id=118 AND email='GHIMURO' AND phone_number='515.127.4565';1 row updated. |
会话1获得了修改行的行锁 |
|
t3 |
UPDATE hr.employees SET phone_number='515.555.1235' WHERE employee_id=118 AND email='GHIMURO' AND phone_number='515.127.4565';-- SQL*Plus does not show -- a row updated message or -- return the prompt. |
会话2尝试获取相同行的行锁,但发生了阻塞 |
|
t4 |
COMMIT;Commit complete. |
会话1提交 |
|
t5 |
0 rows updated. |
因为where条件不匹配,所以会话2没有更新任何记录 |
|
t6 |
UPDATE hr.employees SET phone_number='515.555.1235' WHERE employee_id=118 AND email='GHIMURO' AND phone_number='515.555.1234';1 row updated. |
||
t7 |
SELECT employee_id, email, phone_number FROM hr.employees WHERE last_name = 'Himuro';EMPLOYEE_ID EMAIL PHONE_NUMBER ----------- ------- ------------118 GHIMURO 515.555.1234 |
oracle的读一致性使得会话2看不到未提交的t6的修改 |
|
t8 |
UPDATE hr.employees SET phone_number='515.555.1235' WHERE employee_id=118 AND email='GHIMURO' AND phone_number='515.555.1234';-- SQL*Plus does not show -- a row updated message or -- return the prompt. |
||
t9 |
ROLLBACK;Rollback complete. |
||
t10 |
1 row updated. |
会话2中发现一行匹配的记录 |
|
t11 |
COMMIT;Commit complete. |
Oracle数据库在执行sql的时候会自动获取所需要的锁,因此用户在应用设计的时候只需要定义恰当的事务级别,不需要显示锁定任何资源。(即使oracle提供了手动锁定数据的方法,用户不会用到。)
3.锁模式
Oracle自动使用最低的限制级别去提供最高程度的并发。Oracle中有两种类型的锁:
- 排他锁(exclusive lock):这种类型是阻止资源共享的,一个事务获取了一个排他锁,则这个事务锁定期间只有这个事务可以修改这个资源
- 共享锁(share lock):这种类型是允许资源共享的,多个事务可以在同一资源上获取共享锁
假设一个事务使用select ... for update(其它DML操作也一样)来选择表中的一行,则这个事务会获取该行的排他行锁,以及所在表的共享表锁。行锁允许其它事务修改除该行的其它行,而表锁阻止其它事务修改表结构。
4.锁转换和锁升级
Oracle在需要的时候会自动执行锁转换,在转换过程中,会将低限制的锁转换为高限制的锁。举例来说,当一个事务执行select ... for update查出一行,之后更新该行,在这种场景下,Oracle会自动将 共享表 锁转换为 行独占表锁。其它的DML操作也会持有一样的锁。此时,获取的行锁已经在最高限制级别了,所以不会在执行锁转换了。
锁转换和锁升级不一样,锁升级发生在当某个粒度级别持有很多锁时,数据库会将锁升级到更高的粒度级别。比如一个用户锁了一个表中的很多行,那么很多数据库会自动将锁升级为表锁,这样锁的数据就减少了,但限制程度也增加了。
Oracle永远不会执行锁升级。锁升级极大的增加了死锁的可能性。想想为什么?因为事务1执行过程中需要升级锁,但因为被事务2锁住了相关资源而不能升级,而事务2此时也在等待事务1已锁住的资源,这样就死锁了。
5.锁持续时间
当事务结束(执行commit或rollback)时,锁会被释放。注意,当执行rollback时,是先回滚到savepoint后,才释放锁。
6.死锁
Oracle会自动检测死锁,并通过回滚其中一个语句来解决死锁。当然,可以在等待一段时间后,重试被回滚的语句。下面描述了一个死锁的场景:
时间 | 会话1 | 会话2 | 说明 |
---|---|---|---|
t0 |
SQL> UPDATE employees SET salary = salary*1.1WHERE employee_id = 100;1 row updated. |
SQL> UPDATE employeesSET salary = salary*1.1WHERE employee_id = 200;1 row updated. |
|
t1 |
SQL> UPDATE employees SET salary = salary*1.1WHERE employee_id = 200;-- prompt does not return |
SQL> UPDATE employeessalary = salary*1.1WHERE employee_id = 100;-- prompt does not return |
发生了死锁 |
t2 |
UPDATE employees* ERROR at line 1: ORA-00060: deadlock detected while waiting for resourceSQL> |
事务1发生死锁信息并回滚 |
|
t3 |
SQL> COMMIT;Commit complete. |
||
t4 |
1 row updated.SQL> |
||
t5 |
SQL> COMMIT;Commit complete. |
二、自动锁
Oracle的锁可以分为以下几个类别:
- DML锁:保护数据,比如表锁是锁定整个表,而行锁是锁定指定行
- DDL锁:保护对象的结构,比如表和视图的定义
- 系统锁:保护内部的数据库结构,比如数据文件,latch, mutexes以及内部锁
1.DML锁
DML锁可以防止多个互相冲突的DDL,DML操作对数据的破坏性。DML语句自动获取两种类型的锁:Row locks(TX)和Table locks(TM)。(这个简写是oracle EM的locks monitor中使用的缩略语)。
1)行锁(Row locks或TX)
事务通过insert, update, delete, merge或select ... for update修改的任何行都会加上行锁,行锁只有排他模式,行锁会持续到事务结束(commit或rollback)。
注意:如果一个事务因为数据库异常关闭,会先进行块级恢复以使行可用,然后再进行整个事务的恢复。
如果一个事务获取了一行的行锁,那么也同样获取了所在表的表锁,表锁的作用是阻止冲突性地DDL操作。下面描述了更新表中的一行数据,即自动锁了行,又自动锁了表:
下表解释了Oracle通过锁实现并发性。三个会话同时查询相同的行,会话1和会话2分别更新了不同行,但没有提交,而会话3没有做任何更新。每个会话都能看到它自己做的未提交更新,但不能看到其它会话的未提交更新。
Time | Session 1 | Session 2 | Session 3 |
---|---|---|---|
t0 |
SELECT employee_id, salary FROM employees WHERE employee_id IN ( 100, 101 );EMPLOYEE_ID SALARY ----------- ------ 100 512 101 600 |
SELECT employee_id, salary FROM employees WHERE employee_id IN ( 100, 101 );EMPLOYEE_ID SALARY ----------- ------ 100 512 101 600 |
SELECT employee_id, salary FROM employees WHERE employee_id IN ( 100, 101 );EMPLOYEE_ID SALARY ----------- ------ 100 512 101 600 |
t1 |
UPDATE hr.employees SET salary=salary+100 WHERE employee_id=100; |
||
t2 |
SELECT employee_id, salary FROM employees WHERE employee_id IN ( 100, 101 );EMPLOYEE_ID SALARY ----------- ------ 100 612 101 600 |
SELECT employee_id, salary FROM employees WHERE employee_id IN ( 100, 101 );EMPLOYEE_ID SALARY ----------- ------ 100 512 101 600 |
SELECT employee_id, salary FROM employees WHERE employee_id IN ( 100, 101 );EMPLOYEE_ID SALARY ----------- ------ 100 512 101 600 |
t3 |
UPDATE hr.employees SET salary=salary+100 WHERE employee_id=101; |
||
t4 |
SELECT employee_id, salary FROM employees WHERE employee_id IN ( 100, 101 );EMPLOYEE_ID SALARY ----------- ------ 100 612 101 600 |
SELECT employee_id, salaryFROM employees WHERE employee_id IN ( 100, 101 );EMPLOYEE_ID SALARY ----------- ------ 100 512 101 700 |
SELECT employee_id, salary FROM employees WHERE employee_id IN ( 100, 101 );EMPLOYEE_ID SALARY ----------- ------ 100 512 101 600 |
2)表锁(Table locks或TM)
当事务通过insert, update, delete, merge, select ... for update修改数据时,或者直接用Lock table语句时,会对表加上TM锁。表锁有以下几种模式:
- Row share lock(RS, 行共享表锁)
也叫subshare table lock(SS),表明事务在这个表上锁住了一行,并且打算更新它们,RS锁是最小约束的锁,当然也是并发最高的锁
- Row Exclusive Table lock(RX,行排他表锁)
也叫subexclusive table lock(SX),表明表中有事务更新了行,或者执行select ... for update。一个SX锁允许其它事务同时查询、插入、更新、删除或者锁行。因此多个事务可以同时获取在同一个表上获取SS和SX锁。
- Share Table lock(S,共享表锁)
一个事务持有了S锁,允许其它事务查询这个表(除了select ... for udpate),但更新操作只允许单个事务持有该锁时才可以。因为多个事务可能会并发持有这个锁,所以持有了这个锁并不代表这个事务就可以修改表。
- Share Row Exclusive Table lock(SRX, 共享行排他表锁)
也叫share-subexclusive table lock(SSX),比S锁的限制更多,一次只能有一个事务获取SSX锁,允许其它事务查询(除了select ... for update),不允许其它事务更新。
- Exclusive Table lock(X, 排他表锁)
是最大限制的锁,禁止其它事务执行任何DML语句或设置任何类型的锁到这个表。
2.DDL锁
当事务执行DDL操作需要DDL锁时,Oracle会自动获取,不需要显示获取。举例来说,如果用户正在创建一个存储过程,那么Oracle会自动获取这个存储过程所有引用到的schema objects上的DDL。这些DDL锁是为了防止在存储过程还没编译完成时,相关的对象就被删除或者修改结构了。
- Exclusive DDL locks(排他DDL锁)
排他DDL锁,阻止其它会话获取DDL或DML锁。举例来说,DROP TABLE命令在执行是不允许ALTER TABLE的,反之亦然。
- Share DDL locks(共享DDL锁)
共享DDL锁用于阻止与它冲突的DDL操作,但允许相似的DDL操作并发执行。举例来说,当执行CREATE PROCEDURE时,会获取到所有引用表的的共享DDL锁,其它事务也可以在相应的表上并发的CREATE PROCEDURE获取共享DDL锁,但不允许在被引用的表上获取DDL锁。
3.系统锁
Oracle也提供了多种类型的系统锁来保护数据库和内存的内部结构,由于用户无法控制它们何时出现和持续多久,所以这些机制对用户来说几乎是不可见的。
- Latch(闩锁)
Latch是低级别的串行化机制,它协调多个用户访问这些共享的数据结构、对象、文件。当多个进程读取一个共享内存资源时使用Latch保护其不受损坏。具体来说,Latch在以下情况保护数据结构:多个会话的并发修改、读取一个正在被别人修改的资源、当访问的时候,内存被释放。V$LATCH事务包含了每个latch的使用状态的详细信息,包括latch被请求和被等待的次数。
- Mutexes(互斥器)
Mutex是Mutual exclusion object(互相排斥对象)的缩写,是低级别的锁,防止内存中的对象被并行访问时被换出或被损坏。Mutex和Latch很相似,但是一个Latch基本上保护一级object,而mutex保护单个object。
- Internal Locks(内部锁)
内部锁是高级别的锁,比latch和mutex要复杂的多,用于各种场景。Oracle有以下几种类型的内部锁:字典缓存锁、文件和日志管理锁、表空间和undo段锁。这里就不详细介绍了。
三、手动锁
Oracle除了保用自动锁外,还可以使用手动锁覆盖默认的锁机制。举例来说,事务中包含如下语句时会覆盖Oracle的默认锁:SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL, LOCK TABLE, SELECT ... FOR UPDATE。
四、用户自定义锁
可以通过DBMS_LOCK包调用锁管理服务,包含功能有请求指定类型的锁、给锁一个唯一名字、修改锁类型、锁释放等等。
到此为止,Oracle中的数据并发与一致性就介绍完了,限于精力,有些没有展开介绍,各位感兴趣的话可以发邮件一起交流。
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