Oracle 多粒度锁机制介绍

根据保护对象的不同，Oracle数据库锁可以分为以下几大类：

(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latches(内部锁与闩)：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。

在Oracle中最主要的锁是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。

1、Oracle的TX锁(行级锁、事务锁)

许多对Oracle不太了解的技术人员可能会以为每一个TX锁代表一条被封锁的数据行，其实不然。TX的本义是Transaction(事务)，当一个事务第一次执行数据更改(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(在我们用的时候多是启动一个事务，然后SELECT… FOR UPDATE NOWAIT)。

在Oracle的每行数据上，都有一个标志位来表示该行数据是否被锁定。Oracle不像DB2那样，建立一个链表来维护每一行被加锁的数据，这样就大大减小了行级锁的维护开销，也在很大程度上避免了类似DB2使用行级锁时经常发生的锁数量不够而进行锁升级的情况。数据行上的锁标志一旦被置位，就表明该行数据被加X锁，Oracle在数据行上没有S锁。

2、TM锁(表级锁)

(1) 意向锁的引出

表是由行组成的，当我们向某个表加锁时，一方面需要检查该锁的申请是否与原有的表级锁相容；另一方面，还要检查该锁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，系统的性能将会受到影响。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结点加意向锁，则说明该结点的下层结点正在被加锁；对任一结点加锁时，必须先对它的上层结点加意向锁。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，系统效率得以大大提高。

(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，首先要对其上级结点加IS锁，表示它的后裔结点拟(意向)加S锁；

意向排它锁(Intent Exclusive Lock，简称IX锁)：如果要对一个数据库对象加X锁，首先要对其上级结点加IX锁，表示它的后裔结点拟(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4种，即：S+IS，S+IX，X+IS，X+IX，但稍加分析不难看出，实际上只有S+IX有新的意义，其它三种组合都没有使锁的强度得到提高(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。

这样我们又可以引入一种新的锁的类型：

共享意向排它锁(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(所以要对该表加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加的锁类型就可能有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，必须先对它的上层结点加意向锁。申请封锁时应按自上而下的次序进行；释放封锁时则应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。

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，分别称为共享锁(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。锁的兼容性是指当一个应用程序在表(行)上加上某种锁后，其他应用程序是否能够在表(行)上加上相应的锁，如果能够加上，说明这两种锁是兼容的，否则说明这两种锁不兼容，不能对同一数据对象并发存取。

下表为Oracle数据库TM锁的兼容矩阵(Y=Yes，表示兼容的请求； N=No，表示不兼容的请求；-表示没有加锁请求)：

表五：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。下表是笔者总结了Oracle中各SQL语句产生TM锁的情况：

表六：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，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。

TX锁等待的分析

在介绍了有关地Oracle数据库锁的种类后，下面讨论如何有效地监控和解决锁等待现象，及在产生死锁时如何定位死锁的原因。

监控锁的相关视图 数据字典是Oracle数据库的重要组成部分，用户可以通过查询数据字典视图来获得数据库的信息。和锁相关的数据字典视图如表2所示。

TX锁等待的监控和解决在日常工作中，如果发现在执行某条SQL时数据库长时间没有响应，很可能是产生了TX锁等待的现象。为解决这个问题，首先应该找出持锁的事务，然后再进行相关的处理，如提交事务或强行中断事务。

死锁的监控和解决在数据库中，当两个或多个会话请求同一个资源时会产生死锁的现象。死锁的常见类型是行级锁死锁和页级锁死锁，Oracle数据库中一般使用行级锁。下面主要讨论行级锁的死锁现象。

当Oracle检测到死锁产生时，中断并回滚死锁相关语句的执行，报ORA-00060的错误并记录在数据库的日志文件alertSID.log中。同时在user_dump_dest下产生了一个跟踪文件，详细描述死锁的相关信息。

在日常工作中，如果发现在日志文件中记录了ora-00060的错误信息，则表明产生了死锁。这时需要找到对应的跟踪文件，根据跟踪文件的信息定位产生的原因。

如果查询结果表明，死锁是由于bitmap索引引起的，将IND_T_PRODUCT_HIS_STATE索引改为normal索引后，即可解决死锁的问题。

表1 Oracle的TM锁类型

锁模式        锁描述        解释        SQL操作

0        none

1        NULL        空        Select

2        SS(Row-S)        行级共享锁，其他对象只能查询这些数据行        Select for update、Lock for update、Lock row share

3        SX(Row-X)        行级排它锁，在提交前不允许做DML操作        Insert、Update、Delete、Lock row share

4        S(Share)        共享锁        Create index、Lock share

5        SSX(S/Row-X)        共享行级排它锁        Lock share row exclusive

6        X(Exclusive)        排它锁        Alter table、Drop able、Drop index、Truncate table 、Lock exclusive

表2 数据字典视图说明

视图名        描述        主要字段说明

v$session        查询会话的信息和锁的信息。        sid,serial#：表示会话信息。

program：表示会话的应用程序信息。

row_wait_obj#：表示等待的对象。

和dba_objects中的object_id相对应。

v$session_wait        查询等待的会话信息。        sid：表示持有锁的会话信息。

Seconds_in_wait：表示等待持续的时间信息

Event：表示会话等待的事件。

v$lock        列出系统中的所有的锁。        Sid：表示持有锁的会话信息。

Type：表示锁的类型。值包括TM和TX等。

ID1：表示锁的对象标识。

lmode,request：表示会话等待的锁模式的信

息。用数字0－6表示，和表1相对应。

dba_locks        对v$lock的格式化视图。        Session_id：和v$lock中的Sid对应。

Lock_type：和v$lock中的type对应。

Lock_ID1： 和v$lock中的ID1对应。

Mode_held,mode_requested：和v$lock中

的lmode,request相对应。

v$locked_object        只包含DML的锁信息，包括回滚段和会话信息。        Xidusn,xidslot,xidsqn：表示回滚段信息。和

v$transaction相关联。

Object_id：表示被锁对象标识。

Session_id：表示持有锁的会话信息。

Locked_mode：表示会话等待的锁模式的信

息，和v$lock中的lmode一致。