Oracle 锁机制探究

以前虽然在网上看到很多关于Oracle锁机制的描述，但总感觉哪里有缺陷不适合自己，因此花了点时间参考官网以及Tom Tyke的《Oracle 9i/10g/11g编程艺术》一书整理了一下Oracle锁相关的知识。

Ps：此博客经过多次编辑，以当前版为准。

官网网址参考：

11.2

https://docs.oracle.com/cd/E11882_01/server.112/e40540/consist.htm#CNCPT020

10.2

https://docs.oracle.com/cd/B19306_01/server.102/b14220/consist.htm

一、Oracle数据库的锁类型：

根据保护的对象不同，Oracle数据库锁可以分为以下几大类：    

1、DML锁（data locks，数据锁），用于保护数据的完整性；    

2、DDL锁（dictionary locks，字典锁），用于保护数据库对象的结构，如表、索引等的结构定义；    

3、内部锁和闩（internal locks and latches），保护数据库的内部结构。 

 

二、接下来依次讨论以上三种锁结构：

1.DML锁

DML锁主要包括TM锁和TX锁，其中TM锁称为意向锁或表级锁，TX锁称为行级锁或事务锁。我们可以认为Oracle只有如下6种LMODE的锁，只是根据锁定的对象不同而有不同的名称，如6号的X锁，既可以是用于锁表的TM锁，也可以是TX锁，也可以是DDL锁。

1.1 TM锁（也叫意向锁/表级锁）

TM锁包含如下类型：

TM锁的兼容性如下：（Y表示兼容，N表示冲突）

1.2 TX锁

TX锁只包含一种类型的锁：

TX的本义是Transaction（事务），当一个事务第一次执行数据更改（Insert、Update、Delete）或使用SELECT… FOR UPDATE语句进行查询时，它即获得一个TX（事务）锁，直至该事务结束（执行COMMIT或ROLLBACK操作）时，该锁才被释放。

在同一个事务中，无论是锁定一行，还是一百万行，对于Oracle来说锁开销是一样的。这点可能与其他数据库不一样（例如SQL Server），原因是针对Oracle的每行数据都有一个标志位来表示该行数据是否被锁定。这样就极大的减小了行级锁的维护开销，也不可能出现锁升级。数据行上的锁标志一旦被置位，就表明该行数据被加X锁。

注意TX锁在v$lock的lmode也是6，但是这个6与TM锁的6号X锁只是因为锁定的对象不同而被叫做了TX锁。

1.3 举例说明

当发出一个DML命令后会话获取一个3号的TM锁，和一个针对特定行的6号TX锁。

行级只有X锁，且锁模式为6，再次重申这里的6并不是指TM的6号表锁。

此外Oracle一个事务中无论锁定多少行只会获取一个TX锁（没有锁升级），但有多少个表对象就会获取多少个TM表级锁。

验证如下：

查询锁的语句为：

select sid,type,id1,lmode,request,block from v$lock l where sid in (select session_id from v$locked_object) and type in ('TM', 'TX') order by 1;

1.4 DML锁的总结：

读永远不会阻止写。但有唯一的一个例外，就是select ...for update。

写永远不会阻塞读。当一行被修改后，Oracle通过回滚段提供给数据的一致性读。

注意：

以上读写操作不会互相阻塞是指在DML锁级别不会，但在内存中依然会发生内部闩锁的争用造成读被阻塞。例如DDL锁可能会造成严重的library cache lock等待，导致select语句被阻塞。再比如热块争用也会造成写阻塞读，只不过表现是buffer busy waits而已。

2.DDL锁

重点：DDL是保护表结构定义的。

当DDL命令发出时，Oracle会自动在被处理的对象上添加DDL锁定，从而防止对象被其他用户所修改。当DDL命令结束以后，则释放DDL锁定。

DDL锁定不能显式的被请求，只有当对象结构被修改或者被引用时，才会在对象上添加DDL锁定。

并不是所有DDL都会触发DDL锁，例如现在的创建索引语句，就只会获取一个S模式的TM锁，因此不会阻塞读。而online模式创建索引的语句则只会获取一个2号的TM锁，因此连DML也不会被阻塞。

需要注意的是DDL总会提交，即便是执行不成功也是如此，因此如果在事务中执行了DDL语句会导致所有事物被提交。验证很容易，在一个窗口执行一条delete然后执行DDL,你会发现记录被不可逆转的删除了，RollBack无效。因此针对事务中的DDL请务必使用自治事务实现。

DDL锁有3种：

2.1 排他DDL锁  --即6号的TM锁（Exclusive DDL Locks）

一般对表的DDL语句都会获取一个X模式的TM锁，这是为什么在表结构更改时只能查询不能修改的原因。

 

2.2 共享DDL锁（Share DDL Locks）

共享DDL锁的常见情形为创建存储过程时，会尝试为所有涉及到的表添加共享DDL锁，这会允许类似的DDL操作并发，但会阻止所有想要获取排他DDL锁的会话（即更改表结构的会话）。

--我觉的可以认为这就是4号的TM表锁。

 

2.3 可中断解析锁（Breakable Parse Locks）

会话解析一条SQL或PLSQL代码块时，对于该语句引用的每一个对象都会施加解析锁，目的在于：如果以某种方式删除或修改了引用对象，可以将共享池中已经解析的缓存语句无效刷出。

之所以叫做可中断解析锁，是因为这种锁优先级很低可能会被其他互斥DDL操作打断。

每个SQL在解析时都会获取一个可中断解析锁，只要SQL语句还在shared pool中，这个锁就一直存在。

Library cache lock就属于可中断解析锁，可以认为Library cache lock是针对父游标句柄和子游标句柄的保护体，pin是针对父子游标的保护体。前者有三种模式：1 null,2 S,3 X 后者只有2 S,3 X两种模式。在进行解析时一般会获取共享模式的Library cache lock以防止内存对象被修改，之后转为NULL模式。

 

3.内部闩锁机制

Latches：

可译作闩或者栓，这是一种非常低级别的序列化结构，用于协调并发会话对于共享数据结构、文件等的访问。

闩可以防止并发会话破坏共享的内存资源，几个非常典型的场景是:

• 多个会话同时修改数据
• 读取的数据正在被其他会话修改
• 重新分配内存

可能在这里会和事务锁混淆，但事务锁是锁定逻辑结构的，如表和行，但是闩却是锁定物理结构的，如内存中的数据块、执行计划链表等等。多个会话对于同一个对象的访问就需要闩来保护了，例如对于同一个数据块中不同行的访问就需要latch来保护，而闩的存在时间是极短的，因此可以实现高并发（其实Oracle高并发并非是真正的并发而是latch释放速度极快的串行访问）。

通常在SGA中一个latch可以保护多个对象，例如DBWn和LGWR进程从SGA中分配内存以便创建新的数据结构，为了防止冲突进程会使用一种叫做shared pool latch的闩来序列化分配操作，在内存分配完毕后其它进程可能会需要访问shared pool中的其他区域如library cache，此时闩只会锁住library cache而非整个shared pool。

通常情况下oracle进程获取闩的时间极短，一个简单的查询都会有成千上万次的闩的获取和释放，是完全不能由用户控制的。

闩的数目的增多，意味着并发量增大，可以通过v$latch视图来查看闩的使用情况，包括每种闩被请求和等待的次数。

Mutex:（Mutual exclusion object）

可以译作互斥体，这种结构很类似于闩，区别在于一种mutex只保护一种对象，而一种闩通常会保护多种对象。

mutex的优势在于：

• mutex可以减少latch争用
• mutex比latch占用更少的内存
• share mode模式的mutex允许多个会话并发使用

其他内部锁：

这些是比mutex和latch更复杂的结构，oracle数据库使用以下几种内部锁：

1.Dictionary cache locks

2.File and log management locks

3.Tablespace and undo segment locks

这几种锁的解释有兴趣可以到官网看，平时基本观察不到，后两种基本都在多实例时出现。

 

拓展说明：

上边谈到了Library cache lock和Library cache pin，这里稍微解释下：

一、首先我们以Oracle 10.2之前版本作为基准来解释：主要来自于《Oracle8i Internal Services》一书的第四章

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Library cache的包含很多cache部分，它包含PLSQL代码块的、解析树、SQL执行计划等，它还包含一个由SQL引用的DIANA的数据库对象，此对象被用于进行PLSQL块的编译以及SQL解析和执行，尽管数据字典中也包含此类信息。此外library cache也包含例如同义词转换、依赖追踪等信息，当然还有library cache lock/pin等内存闩锁。

Library cache lock属于可中断解析锁，有NULL、S、X三种模式，而Library cache pin有S和X两种模式，在解析SQL时会话获取S模式的Library cache lock，解析完毕后转为NULL模式。如果有DDL操作更改了语句涉及的数据库对象，那么依赖于此数据库对象的所有library cache objects都会失效，失效过程就是失去NULL模式的library cache lock的过程。

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接下来先放一张图：

这是library cache中主链表的简易结构图，每个hash bucket对应一个父游标句柄的链表，LCO表示library cache objects,是父游标或者子游标。父子游标是一对一或者一对多的关系。

在了解了以上基本常识的情况下，再来看涉及的内存栓锁：

首次进行硬解析的会话需要获取library cache latch（只有独占模式，无队列）来生成父游标句柄，待添加X模式library cache lock后释放library cache latch进行父游标句柄构造，构造父游标句柄完毕后获取X（独占）模式的library cache pin来构造父游标，接下来获取X模式的library cache lock生成子游标句柄，最后获取X模式library cache pin构造子游标完成硬解析。

如果是在已经存在的父游标上进行硬解析那么就会添加S模式的父游标句柄library cache lock来获取X模式的父游标library cache pin，之后获取X模式的library cache lock/pin完成硬解析。

软解析时则先获取S模式的父游标句柄library cache lock，然后获取S模式父游标library cache pin、S模式子游标句柄library cache lock和S模式子游标library cache pin。

二、接下来讨论10.2之后的的变化：

library cache pin结构被Cursor:xxx类型的mutex取代，而在11.1之后library cache latch结构也被library cache:mutex xxx类型的mutex取代了。

那么全新的SQL硬解析时首先会在library cache:mutex X的保护下获取X模式的library cache lock，然后释放mutex并构造父游标句柄，之后获取Cursor:pin X构造父游标，然后获取子游标句柄library cache lock构造子游标句柄并释放父游标的Cursor:pin X，最后获取Cursor:pin X完成子游标的构造从而完成硬解析。

如果是已经存在的父游标进行硬解析，那么首先在library cache:mutex X的保护下获取S模式的library cache lock，之后获取Cursor:pin S来pin住父游标，然后获取X模式的library cache lock构造子游标句柄并释放父游标mutex，最后获取Cursor:pin X构造子游标完成硬解析。

如果是软解析那么首先在library cache:mutex X的保护下获取S模式的library cache lock，之后获取Cursor:pin S来pin住父游标，最后依次找到子游标句柄和子游标。

如果发生了Cursor:pin S wait on X,那么意味着有硬解析在发生，并且可能存在较高的version count，导致此父游标句柄下的所有游标无法拿到Cursor:pin S。还有一种情况是游标涉及的LCO发生了DDL导致所有句柄失效，此时需要进行重新编译获取X模式的子游标mutex，因此其他会话发生Cursor:pin S wait on X等待。

同样的library cache lock等待也意味着存在硬解析，只有硬解析才会获取X模式的library cache lock，由于library cache lock的获取需要mutex的保护，相应的mutex等待也会伴生，可能是library cache:mutex X或者Cursor:xxx类型的mutex，这取决于library cache lock的等待是在父游标句柄还是子游标句柄上，子游标句柄较为常见。

 

最后重要说明：

以上关于内存锁的解释绝大部分都是基于《Oracle内核技术揭秘》的关于shared pool的章节以及《Oracle Internals: An Introduction》一书，如有困惑可以翻书或在文章下方留言交流。

 

总结一下自己的观点：

DML和除可中断解析锁之外的DDL锁就是保护逻辑结构的结构体，而library cahce lock/pin、latch和mutex则是保护内存中物理结构的结构体，抛开DML锁，一般来说在内存中获取内存锁都需要latch和mutex的保护，常见的场景就是library cache中Library cache lock的获取需要library cache:mutex X的保护，以及Buffer pool中的buffer pin 需要cbc latch保护住hash bucket中涉及到本SQL的链表头。

从名字上就可以看出latch和mutex的保护对象，cursor: xxx这种mutex保护的是游标， cbc latch保护的则是cache buffer chain链表，library cahce:mutex（以前叫library cache latch）则是用于保护library cache的，具体说来也是hash bucket的父游标句柄链表，以此来获取parent cursor handler上的library cache lock。

 

Oracle官网已经没有太多更详细的关于内部闩锁的资料，更详细的关于内部latch和mutex的运作机制和种类，参考吕海波《Oracle内核技术揭秘》和Steve Adams的《Oracle 8i Internal Services》一书。