Prayer

2005 年 12 月 26 日

在實際的生產運行環境中，筆者在國內很多客戶現場都看到開發人員和系統管理人員遇到很多有關于鎖而引起的性能問題，進而被多次問起DB2和Oracle中鎖的區別比較問題，筆者根據自己在工作中對DB2和Oracle數據庫的使用經驗積累寫下這篇文章。

1 引言

在關系數據庫（DB2，Oracle，Sybase，Informix和SQL Server）最小的恢復和交易單位為一個事務（Transactions）,事務具有ACID(原子性，一致性，隔離性和永久性)特征。關系數據庫為了確保并發用戶在存取同一數據庫對象時的正確性（即無丟失更新、可重復讀、不讀"臟"數據，無"幻像"讀），數據庫中引入了并發（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T對數據D加X鎖，則其它任何事務都不能再對D加任何類型的鎖，直至T釋放D上的X鎖；一般要求在修改數據前要向該數據加排它鎖，所以排它鎖又稱為寫鎖。

共享鎖：若事務T對數據D加S鎖，則其它事務只能對D加S鎖，而不能加X鎖，直至T釋放D上的S鎖；一般要求在讀取數據前要向該數據加共享鎖，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（大型機上的數據庫還可以支持對數據頁加鎖）來保證數據庫的并發完整性。不過在考慮用戶應用程序的并發性的問題上，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可以只對表進行加鎖，也可以對表和表中的行進行加鎖。如果只對表進行加鎖，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，相應的數據行上還要加鎖。究竟應用程序是對表加行鎖還是同時加表鎖和行鎖，是由應用程序執行的命令和系統的隔離級別確定。

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數據庫表鎖的模式

下面對幾種表鎖的模式進一步加以闡述：

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用程序對該表加上排它鎖。

• 如果一個應用程序獲得某表的IS鎖，該應用程序可獲得某一行上的S鎖，用于只讀操作，同時其他應用程序也可以讀取該行，或是對表中的其他行進行更改。
• 如果一個應用程序獲得某表的IX鎖，該應用程序可獲得某一行上的X鎖，用于更改操作，同時其他應用程序可以讀取或更改表中的其他行。
• 如果一個應用程序獲得某表的SIX鎖，該應用程序可以獲得某一行上的X鎖，用于更改操作，同時其他應用程序只能對表中其他行進行只讀操作。

S、U、X和Z方式用于表一級，但并不需要行鎖配合，是比較嚴格的表加鎖策略。

• 如果一個應用程序得到某表的S鎖。該應用程序可以讀表中的任何數據。同時它允許其他應用程序獲得該表上的只讀請求鎖。如果有應用程序需要更改讀該表上的數據，必須等S鎖被釋放。
• 如果一個應用程序得到某表的U鎖，該應用程序可以讀表中的任何數據，并最終可以通過獲得表上的X鎖來得到對表中任何數據的修改權。其他應用程序只能讀取該表中的數據。U鎖與S鎖的區別主要在于更改的意圖上。U鎖的設計主要是為了避免兩個應用程序在擁有S鎖的情況下同時申請X鎖而造成死鎖的。
• 如果一個應用程序得到某表上的X鎖，該應用程序可以讀或修改表中的任何數據。其他應用程序不能對該表進行讀或者更改操作。
• 如果一個應用程序得到某表上的Z鎖，該應用程序可以讀或修改表中的任何數據。其他應用程序，包括未提交讀程序都不能對該表進行讀或者更改操作。

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數據庫行鎖的模式

2.2.3 DB2鎖的兼容性

表三：DB2數據庫表鎖的相容矩陣


表四：DB2數據庫行鎖的相容矩陣

下表是筆者總結了DB2中各SQL語句產生表鎖的情況（假設缺省的隔離級別為CS）：

2.3 DB2鎖的升級

每個鎖在內存中都需要一定的內存空間，為了減少鎖需要的內存開銷，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目，從而達到減少鎖需要的內存開銷的目的。鎖升級是由數據庫管理器自動完成的，有兩個數據庫的配置參數直接影響鎖升級的處理：

locklist--在一個數據庫全局內存中用于鎖存儲的內存。單位為頁（4K）。

maxlocks--一個應用程序允許得到的鎖占用的內存所占locklist大小的百分比。

鎖升級會在這兩種情況下被觸發：

• 某個應用程序請求的鎖所占用的內存空間超出了maxlocks與locklist的乘積大小。這時，數據庫管理器將試圖通過為提出鎖請求的應用程序申請表鎖，并釋放行鎖來節省空間。
• 在一個數據庫中已被加上的全部鎖所占的內存空間超出了locklist定義的大小。這時，數據庫管理器也將試圖通過為提出鎖請求的應用程序申請表鎖，并釋放行鎖來節省空間。
• 鎖升級雖然會降低OLTP應用程序的并發性能，但是鎖升級后會釋放鎖占有內存并增大可用的鎖的內存空間。

鎖升級是有可能會失敗的，比如，現在一個應用程序已經在一個表上加有IX鎖，表中的某些行上加有X鎖，另一個應用程序又來請求表上的IS鎖，以及很多行上的S鎖，由于申請的鎖數目過多引起鎖的升級。數據庫管理器試圖為該應用程序申請表上的S鎖來減少所需要的鎖的數目，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，引起鎖升級的應用程序將接到一個-912的SQLCODE。在鎖升級失敗后，DBA應該考慮增加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生鎖升級后程序回滾后重新提交事務（例如：if sqlca.sqlcode=-912 then rollback and retry等）。