Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)鎖的研究

王志國(guó) 周笑宇* 蘇仕斌

（1.中國(guó)人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九六三醫(yī)院 黑龍江省佳木斯市 154002）

（2.中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院醫(yī)學(xué)創(chuàng)新研究部 北京市 100853）

數(shù)據(jù)庫(kù)是多個(gè)用戶使用的共享資源。 當(dāng)多個(gè)用戶同時(shí)訪問同一數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，多個(gè)事務(wù)將同時(shí)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)中的相同數(shù)據(jù)，此時(shí)，多個(gè)用戶很有可能共同進(jìn)行對(duì)于該數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢、修改等操作。如果對(duì)于并發(fā)操作不加以管理，則可能會(huì)讀寫錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，并破壞數(shù)據(jù)庫(kù)四大特性中的一致性。 鎖是數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)并發(fā)訪問的、在指定權(quán)限下可以進(jìn)行共同訪問的管理的機(jī)制，它用于保護(hù)以合理的方式被修改的數(shù)據(jù)。 當(dāng)事務(wù)提交或者回滾后，對(duì)于該單位進(jìn)行釋放資源，此時(shí)其他用戶可以正常的更新數(shù)據(jù)。

1 Oralce數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)于鎖的定義

Oracle 關(guān)于鎖的機(jī)制是輕量級(jí)的，它直接將鎖作為數(shù)據(jù)塊的屬性，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)塊的頭中，而不是建立用于數(shù)據(jù)鎖管理的鎖列表。鎖是數(shù)據(jù)塊本身的一個(gè)屬性，每個(gè)數(shù)據(jù)塊本身將數(shù)據(jù)的信息存儲(chǔ)在自己的數(shù)據(jù)塊中。這個(gè)地方叫做ITL。每當(dāng)此數(shù)據(jù)塊上有活動(dòng)事務(wù)時(shí)，它的信息都會(huì)記錄在該數(shù)據(jù)塊中，以供后續(xù)操作查詢，確保事務(wù)的一致性。在oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)中，沒有實(shí)際屬于對(duì)象或數(shù)據(jù)的鎖。鎖的信息是物理屬性的一部分，而不是邏輯屬性。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)鎖的分類

2.1 按照操作分類

2.1.1 DML 鎖DML 鎖（數(shù)據(jù)鎖），用于確保數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的完全度，其中包括行級(jí)鎖（TX 鎖）、表級(jí)鎖（TM 鎖）。

2.1.2 DDL 鎖

DDL鎖（數(shù)據(jù)字典鎖），用于保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建的對(duì)象的完整組成，如視圖、索引、存儲(chǔ)過程等。其中包排他DDL 鎖（Exclusive DDL lock）、共享DDL 鎖（Share DDL lock）、可中斷解析鎖（Breakable parse locks）。

2.2 按照鎖的粒度劃分

2.2.1 行級(jí)鎖

行級(jí)鎖指對(duì)正在被修改的行進(jìn)行鎖定，其他用戶可以其他沒有被鎖定的數(shù)據(jù)行。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行刪除、更新等操作時(shí)，會(huì)自動(dòng)將該事務(wù)在表中的操作行上獲得獨(dú)占鎖。當(dāng)事務(wù)啟動(dòng)第一次修改時(shí)，它將獲得TX鎖（事務(wù)鎖），并將保持該鎖，直到事務(wù)被提交（COMMIT）或被回滾（ROLLBACK）。

在使用以下語句時(shí)，Oracle 會(huì)自動(dòng)應(yīng)用行級(jí)鎖：insert, update, delete, select…for update

2.2.2 表級(jí)鎖

表級(jí)鎖用于確保表的結(jié)構(gòu)在其他事務(wù)對(duì)于進(jìn)行該表操作時(shí)不會(huì)改變。當(dāng)用戶對(duì)表執(zhí)行 DDL 或 DML 操作時(shí)，oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)給該表加一個(gè)表級(jí)鎖。當(dāng)行級(jí)鎖被事務(wù)操作后，事務(wù)會(huì)自動(dòng)繼承該行級(jí)鎖上級(jí)的表級(jí)鎖(共享鎖), 以防止其他事務(wù)生成的DDL 語句，通過DDL 操作，來影響記錄行的更新。

圖1：同時(shí)用兩個(gè)賬戶對(duì)同一條數(shù)據(jù)執(zhí)行更新

圖2：查詢當(dāng)前的TX 鎖和TM 鎖

圖3：查詢object_id

圖4：scott 用戶進(jìn)行回滾操作

圖5：scott 用戶回滾后查詢v$lock 視圖

表級(jí)鎖按照鎖定的強(qiáng)度，可以分為以下的五個(gè)類型：

（1）行共享：禁止其他的排他鎖對(duì)表進(jìn)行鎖定；

（2）行排他：禁止使用除該排他鎖之外的其他共享鎖、排他鎖；

圖6：system 用戶進(jìn)行回滾操作

圖7：system 用戶回滾后查詢v$lock 視圖

（3）共享鎖：對(duì)當(dāng)前操作的表進(jìn)行鎖定，僅允許非該用戶的其他用戶進(jìn)行查詢操作，并且禁止其他用戶插入、更新和刪除行；

在出現(xiàn)以下條件之一時(shí)，共享鎖就會(huì)被當(dāng)前所持有的事務(wù)進(jìn)行釋放：

A、當(dāng)事務(wù)被ROLLBACK 或COMMIT。

B、數(shù)據(jù)庫(kù)被完全退出。

C、程序被強(qiáng)行關(guān)閉或停止。

（4）共享排他鎖：禁止使用共享鎖，以及限制級(jí)別更高的的數(shù)據(jù)鎖；

（5）排他鎖：數(shù)據(jù)庫(kù)中所有鎖中對(duì)于權(quán)限限制最高的鎖，僅允許非當(dāng)前用戶查詢?cè)摫淼男?。禁止修改和鎖定表。

3 關(guān)于鎖的驗(yàn)證

分別采用兩個(gè)不同的賬號(hào)登錄同一數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)中自帶的scott 用戶下的emp 表進(jìn)行更新操作，如圖1 所示。

可以很明顯的看出，此時(shí)第二個(gè)賬戶并沒有進(jìn)行update 操作，這是因?yàn)閳?zhí)行update 命令時(shí)，oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)將該行數(shù)據(jù)添加行級(jí)鎖，使其他用戶無法更新該行數(shù)據(jù)。為了驗(yàn)證該說法，此時(shí)查詢v$lock 視圖，如圖2 所示。

可以很明顯的看出，v$lock 視圖中，添加了關(guān)于該行語句的TX 鎖和TM 鎖，為了進(jìn)一步確認(rèn)上述鎖是由emp 表所產(chǎn)生的，我們通過查詢dba_objects 表來進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證，如圖3 所示。

明顯看到，該進(jìn)程ID 號(hào)是由于對(duì)于dba_object 表進(jìn)行加鎖所產(chǎn)生的，為了進(jìn)一步驗(yàn)證說法，此時(shí)對(duì)兩個(gè)事務(wù)均進(jìn)行回滾操作，如圖4 所示。

3.1 scott用戶進(jìn)行回滾操作

此時(shí)可以很明顯的看出，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)用戶中的update 被回滾后，TX 鎖瞬間被解鎖，資源被釋放，才使得第二個(gè)用戶的update 得以成功執(zhí)行，此時(shí)查看一下v$lock 視圖，可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)TX 鎖的ID 號(hào)已經(jīng)改變，且原來的ID 號(hào)已經(jīng)消失，如圖5 所示。

3.2 system用戶進(jìn)行回滾操作

如圖6 所示。

此時(shí)查詢v$lock 視圖，可以很明顯的發(fā)現(xiàn)，所有的TX 鎖和TM 鎖均已經(jīng)消失，如圖7 所示。

4 死鎖

4.1 死鎖的定義

死鎖是指在兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程執(zhí)行過程中，由于資源競(jìng)爭(zhēng)或通信原因而導(dǎo)致的阻塞現(xiàn)象。如果沒有外力，只能互相等待分配資源，所有的進(jìn)程都無法繼續(xù)運(yùn)行。

4.2 死鎖的產(chǎn)生原因

在兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)中，如果每個(gè)任務(wù)都互相對(duì)于其他已經(jīng)被試圖鎖定的任務(wù)進(jìn)行了加鎖的操作，此時(shí)這些任務(wù)會(huì)互相等待對(duì)方進(jìn)行資源分配，造成互相之間影響的阻塞現(xiàn)象，因此產(chǎn)生了死鎖。例如：事務(wù)A 對(duì)于行 1 的共享鎖進(jìn)行獲取。事務(wù) B 對(duì)于行 2 的共享鎖進(jìn)行獲取。此時(shí)事務(wù)A，因?yàn)榈却聞?wù)B 完成并釋放事務(wù)A 對(duì)于行2現(xiàn)有的共享鎖，從而產(chǎn)生了排他鎖，此時(shí)事務(wù)B，因?yàn)榈却聞?wù)A完成并釋放事務(wù)B 對(duì)于行2 現(xiàn)有的共享鎖，從而也產(chǎn)生了排他鎖。但是由于事務(wù)A 等待事務(wù)B 完成之后才能進(jìn)行釋放該行級(jí)鎖，事務(wù)B 也在等待事務(wù)A 完成之后才能釋放該行級(jí)鎖，兩個(gè)事務(wù)互相阻塞，產(chǎn)生了閉環(huán)，所以造成了死鎖。這就是死鎖中的循環(huán)依賴：事務(wù) A 和事務(wù)B 之間相互依賴，從而產(chǎn)生了閉環(huán)，導(dǎo)致了死鎖的產(chǎn)生。

根據(jù)Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)的機(jī)制，該數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中產(chǎn)生的死鎖，并通過破壞死鎖條件之一進(jìn)行釋放部分資源，從而對(duì)某個(gè)事務(wù)的全部鎖進(jìn)行釋放，或直接消除代價(jià)最小的事務(wù)，從而可以使其他單位的事務(wù)繼續(xù)運(yùn)行。

4.3 避免死鎖的措施

（1）在UPDATE 和DELETE 后，應(yīng)及時(shí)的進(jìn)行COMMIT 或ROLLBACK 操作，以免表或行的鎖定時(shí)間過長(zhǎng)，造成死鎖。

（2）當(dāng)多個(gè)事務(wù)同時(shí)對(duì)于某個(gè)數(shù)據(jù)表進(jìn)行操作時(shí)，此時(shí)不要使用共享鎖。相反，請(qǐng)使用共享更新鎖，以便其他用戶可以使用行級(jí)鎖來提高并行性。

（3）在高應(yīng)用程序負(fù)載期間不適合修改相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（表，視圖，觸發(fā)器，存儲(chǔ)過程等）。

5 結(jié)語

Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)之所以能成為全世界最廣泛使用的數(shù)據(jù)庫(kù)之一，原因之一就是因?yàn)樗鼘?duì)于事務(wù)的原子性、一致性、隔離性、持久性的保障，而鎖是oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)為了確保數(shù)據(jù)的一致性、實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的非常重要的技術(shù)。在日常oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)和開發(fā)中，要深刻理解鎖的概念，并確保開發(fā)過程中不要出現(xiàn)死鎖，這樣才能確保數(shù)據(jù)更加健壯、穩(wěn)定。