GaussDB(DWS) 锁管理介绍

1. 前言

• 适用版本：【8.1.3（及以上）】

主要介绍GaussDB(DWS)中的锁类型及使用方式，包括SpinLock, LWLock, RegularLock，并详细介绍其中的RegularLock用法。

2. SpinLock

• 称为自旋锁，一般依赖于硬件支持，需要CPU支持TAS（test-and-set）指令集；

• 由于没有cpu上下文切换，性能高，主要用于临界区很短的场景，能快速释放锁，如几个指令内的内存状态修改和计算；

• 最多只有一个持有者，如未能获取到锁，则cpu busy做轮询检查直到拿到（超时后会PANIC退出）；

• 没有等待队列和死锁检测；

3. LWLock

• 称为轻量级锁，只存在两种锁类型（LWLockMode）：共享锁(Shared)和排它锁（Exclusive），当无法获取到锁时，会进行阻塞等待状态；

• 原生PG不提供死锁检测，DWS自己支持了死锁检测；

• 加锁解锁对外部用户透明，使用完一般应该立即主动释放，不等事务结束；

4. RegularLock

• 称为常规锁，底层使用hash表，持锁时间可以较长，有死锁检测和等待队列，事务结束时会自动释放；

• 可细分为表锁，事务锁，文件扩展锁，咨询锁等；

4.1 表锁

GaussDB(DWS) 支持的表锁级别很多，原生PG支持从最低的1级到最高的8级，另外DWS在8.2.1版本（及以上）中还增加了9级锁，各锁级别含义如下：

• 1级锁，AccessShareLock SELECT语句申请AccessShareLock，只与8级锁冲突，只会阻塞DDL等语句；

• 2级锁，RowShareLock SELECT FOR SHARE/UPDATE语句申请RowShareLock，与7/8级锁冲突；

• 3级锁，RowExclusiveLock INSERT/UPDATE/DELET语句申请RowExclusiveLock，与6-8级锁冲突；

• 4级锁，ShareUpdateExclusiveLock VACUUM/ANALYZE语句申请ShareUpdateExclusiveLock，与5-8级锁冲突；

• 5级锁，ShareLock CREATE INDEX语句申请ShareLock，与4/6/7/8级锁冲突，与5级锁不冲突，同一个表的多个CREATE INDEX可以同时执行不阻塞；

• 6级锁，ShareRowExclusiveLock 在GaussDB(DWS) 中，ShareRowExclusiveLock目前只在ALTER SEQUENCE中用到，阻塞表的增删改以及更高级别操作，该锁与3-8级锁冲突；

• 7级锁，ExclusiveLock VACUUM FULL，MERGE PARTITION等语句申请ExclusiveLock级锁，ExclusiveLock只与SELECT兼容，与2-8级锁冲突； 除了表锁外，事务锁，扩展锁、记录锁都是使用的ExclusiveLock，后面会进行详细介绍；

• 8级锁，AccessExclusiveLock DDL等语句会申请AccessExclusiveLock，包括ALTER TABLE，DROP TABLE，TRUNCATE，REINDEX，VACUUM FULL等，8级锁与所有锁都冲突；

• 9级锁，UpdateExclusiveLock 仅(auto)vacuum中使用，为了支持与(auto)analyze操作并行；

详细的锁冲突矩阵图如下所示：

4.2 其他锁

除了表锁，GaussDB(DWS) 中还有很多其他的锁，下面列出一些常用的锁：

1. 事务锁 写事务会获取一个事务号，并且会以这个事务号申请一个事务锁，锁级别是7级锁ExclusiveLock。 事务锁用于控制记录的并发修改，比如，两个事务先后修改同一条记录，在前一个事务未结束之前，后一个事务会等待在前一个事务的事务锁上。

2. 记录锁 当出现并发更新冲突时，冲突的事务会申请记录锁，锁级别是7级锁ExclusiveLock。 记录锁主要是提高等待事务的优先级，在更新事务结束后，让持有记录锁的事务第一个被唤醒。

3. 扩展锁 文件扩展时，会申请扩展锁，扩展锁的锁级别是7级锁ExclusiveLock。 表、索引、fsm、vm等文件扩展时都会申请扩展锁。

4. 分区锁 分区锁是专门针对分区表的，分区锁的意义与表锁差不多，锁级别从1-8都有。

4.3 用户自定义锁

也叫咨询锁(advisory lock），用户可以通过调用GaussDB(DWS) 提供的函数来自定义锁，自定义锁按照作用范围分为两类：

1. 事务级自定义锁

pg_advisory_xact_lock(key bigint)
pg_advisory_xact_lock(key1 int, key2 int)
pg_advisory_xact_lock_shared(key bigint)
pg_advisory_xact_lock_shared(key1 int, key2 int)
pg_try_advisory_xact_lock(key bigint)
pg_try_advisory_xact_lock(key1 int, key2 int)
pg_try_advisory_xact_lock_shared(key bigint)
pg_try_advisory_xact_lock_shared(key1 int, key2 int)

1. session级自定义锁

pg_advisory_lock(key bigint)
pg_advisory_lock(key1 int, key2 int)
pg_advisory_lock_shared(key bigint)
pg_advisory_lock_shared(key1 int, key2 int)
pg_try_advisory_lock(key bigint)
pg_try_advisory_lock(key1 int, key2 int)
pg_try_advisory_lock_shared(key bigint)
pg_try_advisory_lock_shared(key1 int, key2 int)

其中：

带shared后缀的相关函数会申请5级锁ShareLock，不带shared后缀的会申请7级锁ExclusiveLock；

带try标识的相关函数表示尝试申请锁，如果申请不到，直接返回，不需锁等待；

5. 如何查看锁等待

通过查询pg_locks视图查看单个节点的锁持有和等待状态，pg_locks视图的结构如下图：

其中： locktype列表示锁类型，包括表锁、事务锁、扩展锁、自定义锁等； relation列表示表的oid，如果是表锁，relation列会显示表的oid transactionid表示事务号，如果是事务锁，transactionid列会显示session的事务号 mode列表示锁级别，级别1-8级； pid列表示session的线程号； granted列表示是否持有锁，‘t’表示持有锁，‘f'表示等待锁；

简单示例 先创建一张表t1(a int, b int); 并插入一条记录（1,1）。

1. 先后创建两个连接session1，session2，同时对这条记录进行更新，更新顺序如下：

1. 对于session1，查看pg_locks，如下图所示

1. 对于session2，查看pg_locks，如下图所示 由于session1的更新未结束，session2需要等待，session2相关的锁主要包括：

1）持有表t1的3级锁RowExclusiveLock，表t1的oid是16384； 2）持有session2的事务锁，事务号是2415630； 3）持有记录（1,1）的记录锁； 4）等待session1事务结束释放事务锁，granted为’f'，申请session1的事务号对应的5级锁（ShareLock），与session1持有7级事务锁冲突，需要锁等待；

6. 总结

本文介绍了GaussDB（DWS）中的几种锁类别，并结合锁等待视图进行了演示，观测锁持有情况。