2005 年 12 月 26 日
在實際的生產(chǎn)運行環(huán)境中，筆者在國內(nèi)很多客戶現(xiàn)場都看到開發(fā)人員和系統(tǒng)管理人員遇到很多有關(guān)于鎖而引起的性能問題，進(jìn)而被多次問起DB2和Oracle中鎖的區(qū)別比較問題，筆者根據(jù)自己在工作中對DB2和Oracle數(shù)據(jù)庫的使用經(jīng)驗積累寫下這篇文章。
1 引言
在關(guān)系數(shù)據(jù)庫（DB2，Oracle，Sybase，Informix和SQL Server）最小的恢復(fù)和交易單位為一個事務(wù)（Transactions）,事務(wù)具有ACID(原子性，一致性，隔離性和永久性)特征。關(guān)系數(shù)據(jù)庫為了確保并發(fā)用戶在存取同一數(shù)據(jù)庫對象時的正確性（即無丟失更新、可重復(fù)讀、不讀"臟"數(shù)據(jù)，無"幻像"讀），數(shù)據(jù)庫中引入了并發(fā)（鎖）機制。基本的鎖類型有兩種：排它鎖（Exclusive locks記為X鎖）和共享鎖（Share locks記為S鎖）。
排它鎖：若事務(wù)T對數(shù)據(jù)D加X鎖，則其它任何事務(wù)都不能再對D加任何類型的鎖，直至T釋放D上的X鎖；一般要求在修改數(shù)據(jù)前要向該數(shù)據(jù)加排它鎖，所以排它鎖又稱為寫鎖。
共享鎖：若事務(wù)T對數(shù)據(jù)D加S鎖，則其它事務(wù)只能對D加S鎖，而不能加X鎖，直至T釋放D上的S鎖；一般要求在讀取數(shù)據(jù)前要向該數(shù)據(jù)加共享鎖，所以共享鎖又稱為讀鎖。
2 DB2 多粒度封鎖機制介紹
2.1 鎖的對象
DB2支持對表空間、表、行和索引加鎖（大型機上的數(shù)據(jù)庫還可以支持對數(shù)據(jù)頁加鎖）來保證數(shù)據(jù)庫的并發(fā)完整性。不過在考慮用戶應(yīng)用程序的并發(fā)性的問題上，通常并不檢查用于表空間和索引的鎖。該類問題分析的焦點在于表鎖和行鎖。
2.2 鎖的策略
DB2可以只對表進(jìn)行加鎖，也可以對表和表中的行進(jìn)行加鎖。如果只對表進(jìn)行加鎖，則表中所有的行都受到同等程度的影響。如果加鎖的范圍針對于表及下屬的行，則在對表加鎖后，相應(yīng)的數(shù)據(jù)行上還要加鎖。究竟應(yīng)用程序是對表加行鎖還是同時加表鎖和行鎖，是由應(yīng)用程序執(zhí)行的命令和系統(tǒng)的隔離級別確定。
2.2.1 DB2表鎖的模式
DB2在表一級加鎖可以使用以下加鎖方式：
表一：DB2數(shù)據(jù)庫表鎖的模式
下面對幾種表鎖的模式進(jìn)一步加以闡述：
IS、IX、SIX方式用于表一級并需要行鎖配合，他們可以阻止其他應(yīng)用程序?qū)υ摫砑由吓潘i。
- 如果一個應(yīng)用程序獲得某表的IS鎖，該應(yīng)用程序可獲得某一行上的S鎖，用于只讀操作，同時其他應(yīng)用程序也可以讀取該行，或是對表中的其他行進(jìn)行更改。
- 如果一個應(yīng)用程序獲得某表的IX鎖，該應(yīng)用程序可獲得某一行上的X鎖，用于更改操作，同時其他應(yīng)用程序可以讀取或更改表中的其他行。
- 如果一個應(yīng)用程序獲得某表的SIX鎖，該應(yīng)用程序可以獲得某一行上的X鎖，用于更改操作，同時其他應(yīng)用程序只能對表中其他行進(jìn)行只讀操作。
S、U、X和Z方式用于表一級，但并不需要行鎖配合，是比較嚴(yán)格的表加鎖策略。
- 如果一個應(yīng)用程序得到某表的S鎖。該應(yīng)用程序可以讀表中的任何數(shù)據(jù)。同時它允許其他應(yīng)用程序獲得該表上的只讀請求鎖。如果有應(yīng)用程序需要更改讀該表上的數(shù)據(jù)，必須等S鎖被釋放。
- 如果一個應(yīng)用程序得到某表的U鎖，該應(yīng)用程序可以讀表中的任何數(shù)據(jù)，并最終可以通過獲得表上的X鎖來得到對表中任何數(shù)據(jù)的修改權(quán)。其他應(yīng)用程序只能讀取該表中的數(shù)據(jù)。U鎖與S鎖的區(qū)別主要在于更改的意圖上。U鎖的設(shè)計主要是為了避免兩個應(yīng)用程序在擁有S鎖的情況下同時申請X鎖而造成死鎖的。
- 如果一個應(yīng)用程序得到某表上的X鎖，該應(yīng)用程序可以讀或修改表中的任何數(shù)據(jù)。其他應(yīng)用程序不能對該表進(jìn)行讀或者更改操作。
- 如果一個應(yīng)用程序得到某表上的Z鎖，該應(yīng)用程序可以讀或修改表中的任何數(shù)據(jù)。其他應(yīng)用程序，包括未提交讀程序都不能對該表進(jìn)行讀或者更改操作。
IN鎖用于表上以允許未提交讀這一概念。
2.2.2 DB2行鎖的模式
除了表鎖之外，DB2還支持以下幾種方式的行鎖。
表二：DB2數(shù)據(jù)庫行鎖的模式
2.2.3 DB2鎖的兼容性
表三：DB2數(shù)據(jù)庫表鎖的相容矩陣
表四：DB2數(shù)據(jù)庫行鎖的相容矩陣
下表是筆者總結(jié)了DB2中各SQL語句產(chǎn)生表鎖的情況（假設(shè)缺省的隔離級別為CS）：
2.3 DB2鎖的升級
每個鎖在內(nèi)存中都需要一定的內(nèi)存空間，為了減少鎖需要的內(nèi)存開銷，DB2提供了鎖升級的功能。鎖升級是通過對表加上非意圖性的表鎖，同時釋放行鎖來減少鎖的數(shù)目，從而達(dá)到減少鎖需要的內(nèi)存開銷的目的。鎖升級是由數(shù)據(jù)庫管理器自動完成的，有兩個數(shù)據(jù)庫的配置參數(shù)直接影響鎖升級的處理：
locklist--在一個數(shù)據(jù)庫全局內(nèi)存中用于鎖存儲的內(nèi)存。單位為頁（4K）。
maxlocks--一個應(yīng)用程序允許得到的鎖占用的內(nèi)存所占locklist大小的百分比。
鎖升級會在這兩種情況下被觸發(fā)：
- 某個應(yīng)用程序請求的鎖所占用的內(nèi)存空間超出了maxlocks與locklist的乘積大小。這時，數(shù)據(jù)庫管理器將試圖通過為提出鎖請求的應(yīng)用程序申請表鎖，并釋放行鎖來節(jié)省空間。
- 在一個數(shù)據(jù)庫中已被加上的全部鎖所占的內(nèi)存空間超出了locklist定義的大小。這時，數(shù)據(jù)庫管理器也將試圖通過為提出鎖請求的應(yīng)用程序申請表鎖，并釋放行鎖來節(jié)省空間。
- 鎖升級雖然會降低OLTP應(yīng)用程序的并發(fā)性能，但是鎖升級后會釋放鎖占有內(nèi)存并增大可用的鎖的內(nèi)存空間。
鎖升級是有可能會失敗的，比如，現(xiàn)在一個應(yīng)用程序已經(jīng)在一個表上加有IX鎖，表中的某些行上加有X鎖，另一個應(yīng)用程序又來請求表上的IS鎖，以及很多行上的S鎖，由于申請的鎖數(shù)目過多引起鎖的升級。數(shù)據(jù)庫管理器試圖為該應(yīng)用程序申請表上的S鎖來減少所需要的鎖的數(shù)目，但S鎖與表上原有的IX鎖沖突，鎖升級不能成功。
如果鎖升級失敗，引起鎖升級的應(yīng)用程序?qū)⒔拥揭粋€-912的SQLCODE。在鎖升級失敗后，DBA應(yīng)該考慮增加locklist的大小或者增大maxlocks的百分比。同時對編程人員來說可以在程序里對發(fā)生鎖升級后程序回滾后重新提交事務(wù)（例如：if sqlca.sqlcode=-912 then rollback and retry等）。