postgresql源码学习（十三）—— 行锁①-行锁模式与xmax

一、四种行锁

1. 简介与兼容性分析

pg采用元组级常规锁+xmax结合的方式实现行锁。我们曾经提到过常规锁是有很多类TAG的（typedef enum LockTagType），其中 LOCKTAG_TUPLE就是用来对元组加锁的。

不单纯用元组级常规锁，是为了避免事务修改行过多时，锁表急剧增大导致性能劣化，并且锁表在共享内存中的大小是有限的。因此，行锁是不存储在内存中的。

pg中通常有两种方式会用到行锁：

对行执行update,delete操作
显式指定行锁（例如select for update）

在新版本中，显式加行锁共有4种写法

行锁类型	简介
FOR UPDATE	FOR UPDATE会锁定SELECT检索到的行，就好像它们要被更新。这可以阻止它们被其他事务锁定、修改或者删除，直到当前事务结束。 DELETE和修改主键、唯一键值的UPDATE会获得这种锁模式。
FOR NO KEY UPDATE	行为与FOR UPDATE类似，不过获得的锁较弱，不会阻塞SELECT FOR KEY SHARE。不修改主键、唯一键值的UPDATE会获得这种锁模式。
FOR SHARE	行为与FOR NO KEY UPDATE类似，不过它在每个检索到的行上获得一个共享锁而不是排他锁。读该行，不允许对行进行更新
FOR KEY SHARE	行为与FOR SHARE类似，不过锁更弱，不会被SELECT FOR NO KEY UPDATE阻塞。读该行键值，但允许对除键外的其他字段更新。在外键检查时使用该锁

4种行锁兼容性如下

详细

4种行锁兼容性如下

详细可参考官方文档第13章 13.3.2. Row-Level Locks

2. 对应源码

它们对应的源码在lockoptions.h文件

/** Possible lock modes for a tuple.*/
typedef enum LockTupleMode
{/* SELECT FOR KEY SHARE */LockTupleKeyShare,/* SELECT FOR SHARE */LockTupleShare,/* SELECT FOR NO KEY UPDATE, and UPDATEs that don't modify key columns */LockTupleNoKeyExclusive,/* SELECT FOR UPDATE, UPDATEs that modify key columns, and DELETE */LockTupleExclusive
} LockTupleMode;

如前所述，pg行锁是由常规锁+xmax结合实现的，因此它需要建立常规锁与LockTupleMode之间的映射关系。

/** Each tuple lock mode has a corresponding heavyweight lock, and one or two* corresponding MultiXactStatuses (one to merely lock tuples, another one to* update them).  This table (and the macros below) helps us determine the* heavyweight lock mode and MultiXactStatus values to use for any particular* tuple lock strength.** Don't look at lockstatus/updstatus directly!  Use get_mxact_status_for_lock* instead.*/
static const struct
{LOCKMODE   hwlock;  // 对应的常规锁模式int         lockstatus;  // 显式指定的锁模式int         updstatus;   // 隐式指定的锁模式
}tupleLockExtraInfo[MaxLockTupleMode + 1] =
{{                          /* LockTupleKeyShare */AccessShareLock,          // 1级表锁MultiXactStatusForKeyShare,-1                       /* KeyShare does not allow updating tuples */},{                            /* LockTupleShare */RowShareLock,             // 2级表锁MultiXactStatusForShare,-1                     /* Share does not allow updating tuples */},{                           /* LockTupleNoKeyExclusive */ExclusiveLock,             // 7级表锁MultiXactStatusForNoKeyUpdate,MultiXactStatusNoKeyUpdate},{                          /* LockTupleExclusive */AccessExclusiveLock,       // 8级表锁MultiXactStatusForUpdate,MultiXactStatusUpdate}
};

其实这些行锁模式的兼容性是怎么来的，就是根据对应的表锁兼容性来的。例如一个delete操作，它在表上加的是3级锁，但在行上加的是8级锁。因此在表上该操作是兼容的（可以同时对一个表进行delete），但在行上是冲突的（不可以同时delete同一行）。

二、 xmax的设置

通过前面的源码可以看到，tupleLockExtraInfo中除了保存常规锁对应的锁模式，还保存了大量MultiXact中的锁模式，MultiXact又是个什么呢？

1. MultiXactId

通常如果只有一个事务增加行锁，那么直接将行的xmax设为事务id，并在infomask中设置对应锁类型即可。

但select…for…语句中可以加行级共享锁，即可以有多个事务对一个元组加共享锁，这时就没法通过将行的xmax设为事务id来表示了。为此，pg将多个事务组成一个mXactCacheEnt（multixact.c文件），并为其指定唯一的MultiXactId，此时在xmax处保存的就是MultiXactId。

typedef struct mXactCacheEnt
{MultiXactId multi;int          nmembers;dlist_node node;MultiXactMember members[FLEXIBLE_ARRAY_MEMBER];
} mXactCacheEnt;

为了区分xmax设置的是事务id还是MultiXactId，在使用MultiXactId时会在元组上增加HEAP_XMAX_IS_MULTI标记。

2. 模拟案例

会话1

create table t1(a int primary key,b int);
insert into t1 values(1,1);
select xmin,xmax,* from t1; -- 事务id 761

会话2

Begin;
select * from t1 for key share; -- 事务不提交

会话1

select xmin,xmax,* from t1; -- 当前xmax中保存的是事务id（762）

会话3

Begin;
select * from t1 for share; -- 事务不提交（事务id 763）

会话1

select xmin,xmax,* from t1; -- 当前xmax中保存的是MultiXactId

怎么知道这个是MultiXactId？可以通过控制文件查看

pg_controldata –D $PGDATA | grep Multi

3. 行锁标记位

如果元组的xmax是事务id，需要通过infomask标记位区分元组的加锁情况。

源代码在htup_details.h，其实有很多种状态，这里只简单列一些

#define HEAP_XMAX_KEYSHR_LOCK    0x0010  /* for key share子句对应的锁 */
#define HEAP_XMAX_EXCL_LOCK     0x0040  /* xmax is exclusive locker，排他锁标记位 */
/* xmax is a shared locker */
#define HEAP_XMAX_SHR_LOCK  (HEAP_XMAX_EXCL_LOCK | HEAP_XMAX_KEYSHR_LOCK)
#define HEAP_XMAX_LOCK_ONLY     0x0080  /* xmax, if valid, is only a locker，显式加行锁 */
#define HEAP_XMAX_IS_MULTI      0x1000  /* t_xmax is a MultiXactId */
#define HEAP_KEYS_UPDATED       0x2000  /* tuple was updated and key cols */

详细可参考 https://mp.weixin.qq.com/s/nDBYbJpoBVqZxpYYaxPZ6Q

如果元组的xmax是MultiXactId，则每种子句都对应一种锁模式（它们的对应关系通过tupleLockExtraInfo也可以看出来）

/** Possible multixact lock modes ("status").  The first four modes are for* tuple locks (FOR KEY SHARE, FOR SHARE, FOR NO KEY UPDATE, FOR UPDATE); the* next two are used for update and delete modes.*/
typedef enum
{MultiXactStatusForKeyShare = 0x00,MultiXactStatusForShare = 0x01,MultiXactStatusForNoKeyUpdate = 0x02,MultiXactStatusForUpdate = 0x03,/* an update that doesn't touch "key" columns */MultiXactStatusNoKeyUpdate = 0x04,/* other updates, and delete */MultiXactStatusUpdate = 0x05
} MultiXactStatus;

为了保存MultiXactId和事务的映射关系，pg使用两个SLRU进行分层映射，它们位于$PGDATA/pg_multixact目录下，分别是offsets目录和members目录。

参考

《PostgreSQL技术内幕：事务处理深度探索》第2章

PostgreSQL锁机制——行级锁 - JavaShuo

https://www.modb.pro/db/70021

https://www.modb.pro/video/5128?sjhy