数据库中的锁

原创

青年IT男1 2022-11-25 13:17:44 博主文章分类：数据库 ©著作权

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数据库大并发操作要考虑死锁和锁的性能问题。看到网上大多语焉不详(尤其更新锁），所以这里做个简明解释，为下面描述方便，这里用T1代表一个数据库执行请求，T2代表另一个请求，也可以理解为T1为一个线程，T2 为另一个线程。T3,T4以此类推。下面以SQL Server(2005)为例。

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共享锁(Shared lock)。例1： ---------------------------------------- T1: select * from table (请想象它需要执行1个小时之久，后面的sql语句请都这么想象） T2: update table set column1='hello' 过程： T1运行（加共享锁) T2运行 If T1 还没执行完 T2等...... else 锁被释放 T2执行 endif T2之所以要等，是因为T2在执行update前，试图对table表加一个排他锁，而数据库规定同一资源上不能同时共存共享锁和排他锁。所以T2必须等T1 执行完，释放了共享锁，才能加上排他锁，然后才能开始执行update语句。例2： ---------------------------------------- T1: select * from table T2: select * from table 这里T2不用等待T1执行完，而是可以马上执行。分析： T1运行，则table被加锁，比如叫lockA T2运行，再对table加一个共享锁，比如叫lockB。两个锁是可以同时存在于同一资源上的（比如同一个表上）。这被称为共享锁与共享锁兼容。这意味着共享锁不阻止其它session同时读资源，但阻止其它session update 例3： ---------------------------------------- T1: select * from table T2: select * from table T3: update table set column1='hello' 这次，T2不用等T1运行完就能运行，T3却要等T1和T2都运行完才能运行。因为T3必须等T1和T2的共享锁全部释放才能进行加排他锁然后执行update 操作。例4：（死锁的发生） ---------------------------------------- T1: begin tran select * from table (holdlock) (holdlock意思是加共享锁，直到事物结束才释放) update table set column1='hello' T2: begin tran select * from table(holdlock) update table set column1='world' 假设T1和T2同时达到select，T1对table加共享锁，T2也对加共享锁，当 T1的select执行完，准备执行update时，根据锁机制，T1的共享锁需要升级到排他锁才能执行接下来的update.在升级排他锁前，必须等table上的其它共享锁释放，但因为holdlock这样的共享锁只有等事务结束后才释放，所以因为T2的共享锁不释放而导致T1等(等T2释放共享锁，自己好升级成排他锁），同理，也因为T1的共享锁不释放而导致T2等。死锁产生了。例5： ---------------------------------------- T1: begin tran update table set column1='hello' where id=10 T2: begin tran update table set column1='world' where id=20 这种语句虽然最为常见，很多人觉得它有机会产生死锁，但实际上要看情况，如果id是主键上面有索引，那么T1会一下子找到该条记录(id=10的记录），然后对该条记录加排他锁，T2，同样，一下子通过索引定位到记录，然后对id=20的记录加排他锁，这样T1和T2各更新各的，互不影响。T2也不需要等。但如果id是普通的一列，没有索引。那么当T1对id=10这一行加排他锁后， T2为了找到id=20，需要对全表扫描，那么就会预先对表加上共享锁或更新锁或排他锁(依赖于数据库执行策略和方式，比如第一次执行和第二次执行数据库执行策略就会不同）。但因为T1已经为一条记录加了排他锁，导致 T2的全表扫描进行不下去，就导致T2等待。死锁怎么解决呢？一种办法是，如下：例6： ---------------------------------------- T1: begin tran select * from table(xlock) (xlock意思是直接对表加排他锁) update table set column1='hello' T2: begin tran select * from table(xlock) update table set column1='world' 这样，当T1的select 执行时，直接对表加上了排他锁，T2在执行select时，就需要等T1事物完全执行完才能执行。排除了死锁发生。但当第三个user过来想执行一个查询语句时，也因为排他锁的存在而不得不等待，第四个、第五个user也会因此而等待。在大并发情况下，让大家等待显得性能就太友好了，所以，这里引入了更新锁。
更新锁(Update lock) 为解决死锁，引入更新锁。例7： ---------------------------------------- T1: begin tran select * from table(updlock) (加更新锁) update table set column1='hello' T2: begin tran select * from table(updlock) update table set column1='world' 更新锁的意思是：“我现在只想读，你们别人也可以读，但我将来可能会做更新操作，我已经获取了从共享锁（用来读）到排他锁（用来更新）的资格”。一个事物只能有一个更新锁获此资格。 T1执行select，加更新锁。 T2运行，准备加更新锁，但发现已经有一个更新锁在那儿了，只好等。当后来有user3、user4...需要查询table表中的数据时，并不会因为T1的select在执行就被阻塞，照样能查询，相比起例6，这提高了效率。例8: ---------------------------------------- T1: select * from table(updlock) (加更新锁） T2: select * from table(updlock) (等待，直到T1释放更新锁，因为同一时间不能在同一资源上有两个更新锁） T3: select * from table (加共享锁，但不用等updlock释放，就可以读）这个例子是说明：共享锁和更新锁可以同时在同一个资源上。这被称为共享锁和更新锁是兼容的。例9: ---------------------------------------- T1: begin select * from table(updlock) (加更新锁） update table set column1='hello' (重点：这里T1做update时，不需要等T2释放什么，而是直接把更新锁升级为排他锁，然后执行update) T2: begin select * from table (T1加的更新锁不影响T2读取） update table set column1='world' (T2的update需要等T1的update做完才能执行) 我们以这个例子来加深更新锁的理解，第一种情况：T1先达，T2紧接到达；在这种情况中，T1先对表加更新锁，T2对表加共享锁，假设T2的select先执行完，准备执行update，发现已有更新锁存在，T2等。T1执行这时才执行完select，准备执行update，更新锁升级为排他锁，然后执行update，执行完成，事务结束，释放锁，T2才轮到执行update。第二种情况：T2先达，T1紧接达；在这种情况，T2先对表加共享锁，T1达后，T1对表加更新锁，假设T2 select先结束，准备 update，发现已有更新锁，则等待，后面步骤就跟第一种情况一样了。这个例子是说明：排他锁与更新锁是不兼容的，它们不能同时加在同一子资源上。
排他锁（独占锁，Exclusive Locks) 这个简单，即其它事务既不能读，又不能改排他锁锁定的资源。例10 T1: update table set column1='hello' where id<1000 T2: update table set column1='world' where id>1000 假设T1先达，T2随后至，这个过程中T1会对id<1000的记录施加排他锁.但不会阻塞T2的update。例11 (假设id都是自增长且连续的） T1: update table set column1='hello' where id<1000 T2: update table set column1='world' where id>900 如同例10，T1先达，T2立刻也到，T1加的排他锁会阻塞T2的update.
意向锁(Intent Locks) 意向锁就是说在屋（比如代表一个表）门口设置一个标识，说明屋子里有人（比如代表某些记录）被锁住了。另一个人想知道屋子里是否有人被锁，不用进屋子里一个一个的去查，直接看门口标识就行了。当一个表中的某一行被加上排他锁后，该表就不能再被加表锁。数据库程序如何知道该表不能被加表锁？一种方式是逐条的判断该表的每一条记录是否已经有排他锁，另一种方式是直接在表这一层级检查表本身是否有意向锁，不需要逐条判断。显然后者效率高。例12： ---------------------------------------- T1: begin tran select * from table (xlock) where id=10 --意思是对id=10这一行强加排他锁 T2: begin tran select * from table (tablock) --意思是要加表级锁假设T1先执行，T2后执行，T2执行时，欲加表锁，为判断是否可以加表锁，数据库系统要逐条判断table表每行记录是否已有排他锁，如果发现其中一行已经有排他锁了，就不允许再加表锁了。只是这样逐条判断效率太低了。实际上，数据库系统不是这样工作的。当T1的select执行时，系统对表table的id=10的这一行加了排他锁，还同时悄悄的对整个表加了意向排他锁(IX)，当T2执行表锁时，只需要看到这个表已经有意向排他锁存在，就直接等待，而不需要逐条检查资源了。例13： ---------------------------------------- T1: begin tran update table set column1='hello' where id=1 T2: begin tran update table set column1='world' where id=1 这个例子和上面的例子实际效果相同，T1执行，系统对table同时对行家排他锁、对页加意向排他锁、对表加意向排他锁。
计划锁(Schema Locks) 例14： ---------------------------------------- alter table .... (加schema locks，称之为Schema modification (Sch-M) locks DDL语句都会加Sch-M锁该锁不允许任何其它session连接该表。连都连不了这个表了，当然更不用说想对该表执行什么sql语句了。例15: ---------------------------------------- 用jdbc向数据库发送了一条新的sql语句，数据库要先对之进行编译，在编译期间，也会加锁，称之为：Schema stability (Sch-S) locks select * from tableA 编译这条语句过程中，其它session可以对表tableA做任何操作(update,delete，加排他锁等等），但不能做DDL(比如alter table)操作。
Bulk Update Locks 主要在批量导数据时用（比如用类似于oracle中的imp/exp的bcp命令）。不难理解，程序员往往也不需要关心，不赘述了。

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如何加锁，何时加锁，加什么锁，你可以通过hint手工强行指定，但大多是数据库系统自动决定的。这就是为什么我们可以不懂锁也可
以高高兴兴的写SQL。

例15:
----------------------------------------
T1:    begin tran
       update table set column1='hello' where id=1
T2:    SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED  -- 事物隔离级别为允许脏读
       go
       select * from table where id=1
这里，T2的select可以查出结果。如果事物隔离级别不设为脏读，则T2会等T1事物执行完才能读出结果。

数据库如何自动加锁的？

1) T1执行，数据库自动加排他锁
2) T2执行，数据库发现事物隔离级别允许脏读，便不加共享锁。不加共享锁，则不会与已有的排他锁冲突，所以可以脏读。

例16:
----------------------------------------
T1:    begin tran
       update table set column1='hello' where id=1
T2:    select * from table where id=1 --为指定隔离级别，则使用系统默认隔离级别，它不允许脏读

如果事物级别不设为脏读，则：
1) T1执行，数据库自动加排他锁
2) T2执行，数据库发现事物隔离级别不允许脏读，便准备为此次select过程加共享锁，但发现加不上，因为已经有排他锁了，所以就
   等啊等。直到T1执行完，释放了排他锁，T2才加上了共享锁，然后开始读....

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锁的粒度就是指锁的生效范围，就是说是行锁，还是页锁，还是整表锁. 锁的粒度同样既可以由数据库自动管理，也可以通过手工指定hint来管理。

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

T1执行时，会先对第一页加锁，读完第一页后，释放锁，再对第二页加锁，依此类推。假设前10行记录恰好是一页(当然，一般不可能
一页只有10行记录），那么T1执行到第一页查询时，并不会阻塞T2的更新。

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

T1执行时，对每行加共享锁，读取，然后释放，再对下一行加锁;T2执行时，会对id=10的那一行试图加锁，只要该行没有被T1加上行锁，
T2就可以顺利执行update操作。

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

T1执行，对整个表加共享锁. T1必须完全查询完，T2才可以允许加锁，并开始更新。

以上3例是手工指定锁的粒度，也可以通过设定事物隔离级别，让数据库自动设置锁的粒度。不同的事物隔离级别，数据库会有不同的
加锁策略（比如加什么类型的锁，加什么粒度的锁）。具体请查联机手册。

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手工指定的锁优先，
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是事物隔离级别为最高级，串行锁，数据库系统本应对后面的select语句自动加表级锁，但因为手工指定了NOLOCK，所以该select
语句不会加任何锁，所以T2也就不会有任何阻塞。

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1) holdlock 对表加共享锁，且事物不完成，共享锁不释放。
2) tablock  对表加共享锁，只要statement不完成，共享锁不释放。
   与holdlock区别，见下例：
   例21
   ----------------------------------------
   T1:
   begin tran
   select * from table (tablock)
   T2:
   begin tran
   update table set column1='hello' where id = 10

   T1执行完select，就会释放共享锁，然后T2就可以执行update. 此之谓tablock. 下面我们看holdlock
   例22
   ----------------------------------------
   T1:
   begin tran
   select * from table (holdlock)
   T2:
   begin tran
   update table set column1='hello' where id = 10
   
   T1执行完select，共享锁仍然不会释放，仍然会被hold(持有），T2也因此必须等待而不能update. 当T1最后执行了commit或
   rollback说明这一个事物结束了，T2才取得执行权。
  
3) TABLOCKX 对表加排他锁
  
   例23：
   ----------------------------------------
   T1:    select * from table(tablockx) (强行加排他锁）
   其它session就无法对这个表进行读和更新了，除非T1执行完了，就会自动释放排他锁。
   例24：
   ----------------------------------------
   T1:    begin tran
          select * from table(tablockx)
   这次，单单select执行完还不行，必须整个事物完成（执行了commit或rollback后）才会释放排他锁。
  
4) xlock 加排他锁
   那它跟tablockx有何区别呢？

   它可以这样用，
   例25:
   ----------------------------------------
   select * from table(xlock paglock) 对page加排他锁
   而TABLELOCX不能这么用。

   xlock还可这么用：select * from table(xlock tablock) 效果等同于select * from table(tablockx)

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例26

SET LOCK_TIMEOUT 4000 用来设置锁等待时间，单位是毫秒，4000意味着等待
4秒可以用select @@LOCK_TIMEOUT查看当前session的锁超时设置。-1 意味着
永远等待。

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

T2执行时，会等待T1释放排他锁，等了4秒钟，如果T1还没有释放排他锁，T2就会抛出异常： Lock request time out period exceeded.

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| 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 |