2005 年 12 月 26 日
在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境中，筆者在國(guó)內(nèi)很多客戶現(xiàn)場(chǎng)都看到開(kāi)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(wèn)題，進(jìn)而被多次問(wèn)起DB2和Oracle中鎖的區(qū)別比較問(wèn)題，筆者根據(jù)自己在工作中對(duì)DB2和Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的使用經(jīng)驗(yàn)積累寫(xiě)下這篇文章。
1 引言
在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（DB2，Oracle，Sybase，Informix和SQL Server）最小的恢復(fù)和交易單位為一個(gè)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(kù)為了確保并發(fā)用戶在存取同一數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象時(shí)的正確性（即無(wú)丟失更新、可重復(fù)讀、不讀"臟"數(shù)據(jù)，無(wú)"幻像"讀），數(shù)據(jù)庫(kù)中引入了并發(fā)（鎖）機(jī)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(duì)數(shù)據(jù)D加X(jué)鎖，則其它任何事務(wù)都不能再對(duì)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(xiě)鎖。
共享鎖：若事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)D加S鎖，則其它事務(wù)只能對(duì)D加S鎖，而不能加X(jué)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(jī)制介紹
2.1 鎖的對(duì)象
DB2支持對(duì)表空間、表、行和索引加鎖（大型機(jī)上的數(shù)據(jù)庫(kù)還可以支持對(duì)數(shù)據(jù)頁(yè)加鎖）來(lái)保證數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)完整性。不過(guò)在考慮用戶應(yīng)用程序的并發(fā)性的問(wèn)題上，通常并不檢查用于表空間和索引的鎖。該類問(wèn)題分析的焦點(diǎn)在于表鎖和行鎖。
2.2 鎖的策略
DB2可以只對(duì)表進(jìn)行加鎖，也可以對(duì)表和表中的行進(jìn)行加鎖。如果只對(duì)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(duì)于表及下屬的行，則在對(duì)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(duì)表加行鎖還是同時(shí)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(jí)別確定。
2.2.1 DB2表鎖的模式
DB2在表一級(jí)加鎖可以使用以下加鎖方式：
表一：DB2數(shù)據(jù)庫(kù)表鎖的模式
下面對(duì)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(jí)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(gè)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(shí)其他應(yīng)用程序也可以讀取該行，或是對(duì)表中的其他行進(jìn)行更改。
- 如果一個(gè)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(shí)其他應(yīng)用程序可以讀取或更改表中的其他行。
- 如果一個(gè)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(shí)其他應(yīng)用程序只能對(duì)表中其他行進(jìn)行只讀操作。
S、U、X和Z方式用于表一級(jí)，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(gè)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(shí)它允許其他應(yīng)用程序獲得該表上的只讀請(qǐng)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(gè)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(guò)獲得表上的X鎖來(lái)得到對(duì)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(jì)主要是為了避免兩個(gè)應(yīng)用程序在擁有S鎖的情況下同時(shí)申請(qǐng)X鎖而造成死鎖的。
- 如果一個(gè)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(duì)該表進(jìn)行讀或者更改操作。
- 如果一個(gè)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(duì)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(kù)行鎖的模式
2.2.3 DB2鎖的兼容性
表三：DB2數(shù)據(jù)庫(kù)表鎖的相容矩陣
表四：DB2數(shù)據(jù)庫(kù)行鎖的相容矩陣
下表是筆者總結(jié)了DB2中各SQL語(yǔ)句產(chǎn)生表鎖的情況（假設(shè)缺省的隔離級(jí)別為CS）：
2.3 DB2鎖的升級(jí)
每個(gè)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(kāi)銷(xiāo)，DB2提供了鎖升級(jí)的功能。鎖升級(jí)是通過(guò)對(duì)表加上非意圖性的表鎖，同時(shí)釋放行鎖來(lái)減少鎖的數(shù)目，從而達(dá)到減少鎖需要的內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)的目的。鎖升級(jí)是由數(shù)據(jù)庫(kù)管理器自動(dòng)完成的，有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的配置參數(shù)直接影響鎖升級(jí)的處理：
locklist--在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)全局內(nèi)存中用于鎖存儲(chǔ)的內(nèi)存。單位為頁(yè)（4K）。
maxlocks--一個(gè)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(jí)會(huì)在這兩種情況下被觸發(fā)：
- 某個(gè)應(yīng)用程序請(qǐng)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(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理器將試圖通過(guò)為提出鎖請(qǐng)求的應(yīng)用程序申請(qǐng)表鎖，并釋放行鎖來(lái)節(jié)省空間。
- 在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理器也將試圖通過(guò)為提出鎖請(qǐng)求的應(yīng)用程序申請(qǐng)表鎖，并釋放行鎖來(lái)節(jié)省空間。
- 鎖升級(jí)雖然會(huì)降低OLTP應(yīng)用程序的并發(fā)性能，但是鎖升級(jí)后會(huì)釋放鎖占有內(nèi)存并增大可用的鎖的內(nèi)存空間。
鎖升級(jí)是有可能會(huì)失敗的，比如，現(xiàn)在一個(gè)應(yīng)用程序已經(jīng)在一個(gè)表上加有IX鎖，表中的某些行上加有X鎖，另一個(gè)應(yīng)用程序又來(lái)請(qǐng)求表上的IS鎖，以及很多行上的S鎖，由于申請(qǐng)的鎖數(shù)目過(guò)多引起鎖的升級(jí)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理器試圖為該應(yīng)用程序申請(qǐng)表上的S鎖來(lái)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(jí)不能成功。
如果鎖升級(jí)失敗，引起鎖升級(jí)的應(yīng)用程序?qū)⒔拥揭粋€(gè)-912的SQLCODE。在鎖升級(jí)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(shí)對(duì)編程人員來(lái)說(shuō)可以在程序里對(duì)發(fā)生鎖升級(jí)后程序回滾后重新提交事務(wù)（例如：if sqlca.sqlcode=-912 then rollback and retry等）。