第12章事务与锁

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掌握什么是事务
掌握事务的特性
掌握事务的隔离级别
了解锁
了解锁的种类
了解锁等待及死锁

1. 事务

1.1 定义

事务由事务开始和事务结束之间执行的全体操作组成。例如：在关系数据库中，一个事务可以是一条SQL语句，一组SQL语句或整个程序。

简单说，开车需要如下几步：1.打开车门、2.上车、3.扎上安全带、4.点火、5.挂挡、6.松手刹。那么开车这个事务就是以上6步，一步也不能少，中间有任何一步出现问题，整个事务都会失败。

1.2 特性：ACID

事务有四个特性：

原子性(Atomicity)：指事务包含的所有操作要么全部成功，要么全部失败回滚
一致性(Consistency)：指事务必须使数据库从一个一致性状态变换到另一个一致性状态，也就是说一个事务执行之前和执行之后都必须处于一致性状态。

拿转账来说，假设用户A和用户B两者的钱加起来一共是5000，那么不管A和B之间如何转账，转几次账，事务结束后两个用户的钱相加起来应该还得是5000，这就是事务的一致性。
隔离性(Isolation)：通常来说，一个事务的操作对于其他的事务的不可见的，也就是说一般而言事务都是独立的。

即要达到这么一种效果：对于任意两个并发的事务T1和T2，在事务T1看来，T2要么在T1开始之前就已经结束，要么在T1结束之后才开始，这样每个事务都感觉不到有其他事务在并发地执行。
持久性(Durability)：事务一旦完成，那么该事务引起的数据变化将永久生效，不会改变。

1.3 隔离问题

事务是具有隔离性的，如果不考虑隔离，会产生如下几个常见的隔离问题：

脏读：事务A读到了事务B没有提交的数据。

如果事务B回滚了，则事务A就使用了错误的数据。
不可重复读：一个事务范围内多次查询却返回了不同的数据值，这是由于在查询间隔，被另一个事务修改并提交了。

例如事务T1在读取某一数据，而事务T2立马修改了这个数据并且提交事务给数据库，事务T1再次读取该数据就得到了不同的结果，发生了不可重复读。
虚读(幻读)：幻读是事务非独立执行时发生的一种现象。

例如事务T1对一个表中所有的行的某个数据项做了从“1”修改为“2”的操作，这时事务T2又对这个表中插入了一行数据项，而这个数据项的数值还是为“1”并且提交给数据库。而操作事务T1的用户如果再查看刚刚修改的数据，会发现还有一行没有修改，其实这行是从事务T2中添加的，就好像产生幻觉一样，这就是发生了幻读。

1.4 隔离级别

为了避免产生脏读、幻读、不可重复读这些隔离问题，事务提供了以下隔离级别：

① Serializable (串行化)：可避免脏读、不可重复读、幻读的发生。

② Repeatable read (可重复读)：可避免脏读、不可重复读的发生。

③ Read committed (读已提交)：可避免脏读的发生。

④ Read uncommitted (读未提交)：最低级别，任何情况都无法保证。

以上四种隔离级别最高的是Serializable级别，最低的是Read uncommitted级别，当然级别越高，执行效率就越低。

像Serializable这样的级别，就是以锁表的方式(类似于Java多线程中的锁)使得其他的线程只能在锁外等待，所以平时选用何种隔离级别应该根据实际情况。

在MySQL数据库中默认的隔离级别为Repeatable read (可重复读)。Oracle的默认隔离级别为Read committed（读已提交）

1.5 事务案例

事务基本上符合下面的模板：

新事务开启
sql statement
...
commit | rollback;

Oracle中事务不需要设置开始标志，通常有下列情况之一时，事务会开启。

登录数据库后，第一次执行DML语句
当事务结束后，第一次执行DML语句

当有下列情况之一时，事务会结束：

使用commit事务提交，rollback事务回滚
执行DDL语句，事务自动提交。例如，使用CREATE、DROP、GRANT、REVOKE等命令。
正常退出SQL*Plus时自动提交事务，非正常退出则ROLLBACK事务回滚。

需要注意：

Oracle的自动提交默认是关闭的，即 autocommit为false。可以使用show autocommit查看。

开启自动提交：set autocommit on

：演示事务的一致性

① 登录SQL *plus ，我们称之为窗口一，执行下面两条语句：

update productinfo set description = '促销' where productid='1';
insert into productinfo values ('13','测试商品',10000,'测试',131,'台湾','无');

以上操作完成后，查看表数据，是否操作成功。（已经成功）

注意：并没有提交事务。

② 打开一个新的SQL *plus ，我们称之为窗口二，查新productinfo表的信息：

select * from productinfo;

发现，窗口二的数据并没有发生改变。原因是窗口一没有提交事务。

③ 回到窗口一，提交事务：

commit;

④ 回到窗口二，再次查询：

select * from productinfo;

发现，窗口一的数据已经成功同步。这就是事务的一致性。

1.6 事务的保存点

需求：实现AB(必须)，CD(可选的)这样一组事务。

例如：你上班以后发工资，银行会给你发短信。发工资这个事件，公司的账户会扣钱，你的账户会加钱，这是最重要的。当你的账户加钱了，银行需要给你发短信，可是由于信号不好，短信没法成功。问：工资发不发？

有人说：短信没法成功，工资回滚一下。（需要回滚吗？不需要）公司账户扣钱，你的账户加钱，这事必选项。你的短信发送成不成功是可选项。可以用savepoint去实现

需要注意：

事务只回滚保存点之后的操作。
保存点可以有多个，回滚到某个保存点时，他以后的保存点将被删除。

：在事务中使用保存点

① 向productinfo 中增加一条数据：

insert into productinfo values('14','保存点测试',100,'测试',1234,'郑州','无');

② 创建保存点：

savepoint first;

③ 继续向productinfo 中增加一条数据：

insert into productinfo values('15','保存点测试2',200,'测试2',1234,'郑州','无');

④ 查看 productinfo 表中的数据：

select * from productinfo ;

发现两条数据都插入成功。

⑤ 回滚到保存点处：

rollback to first;

此时，保存点后的数据，也就是第二条插入的数据就撤销了。

2. 锁的简单了解

数据库是一个庞大的多用户数据管理系统，由于在多用户系统中，同一时刻多个用户同时操作某相同资源的情况时有发生，而在逻辑上这些用户想要同时操作该资源是不可能的，数据库中利用锁消除了多用户操作同一资源时可能产生的隐患。

2.1 什么是锁

锁出现在数据共享的环境中，它是一种机制，在访向相同资源时，可以防止事务之间的破坏性交互。例如，在多个会话同时操作某表时，优先操作的会话需要对其锁定，这样其他资源就无法操作了。

事务的独立性要求当前事务不能影响其他的事务，所以当多个会活访问相同的资源时，数据库系统会利用锁确保它们像队列一样依次进行。

Oracle处理数据时用到的锁是自动获取的，我们不用对此有过多的关注，但Oracle允许我们手动锁定数据。

Oracle利用很低的约束提供最大程度的并发性，例如某会话正在修改一条记录，那么仅仅该记录会被锁定，而其他会话可以随时做读取操作，但读取的依然是修改前的数据。

Oracle的锁保证了数据的完整性。例如，当一个会话对表A的某行记录进行修改时，另一个会话也来修改该行记录，这里强烈不可取的，因为会脏数据。如果此时使用了行级锁，第一个会话修改记录时封锁该行，那么第二个会活此时只能等待，这样就避免了脏数据的产生。

2.2 按级别分类

按锁级别分可以分为排他锁（exclusive lock，即X锁）和共享锁（share lock，即S锁）。

(1) 排它锁

排他锁也可以叫写锁。这种模式的锁防止资源的共享，用做数据的修改。

假如有事务T给数据A加上该锁，那么其他的事务将不能对A加任何的锁，所以此时只允许T对该数据进行读取和修改，直到事务完成将该类型的锁释放为止。

(2) 共享锁

共享锁也可以叫读锁。该模式锁下的数据只能被读取，不能被修改。

如果有事务T给数据A加上共享锁后，那么其他事务不能对其加排他锁，只能加共享锁。加了该锁的数据可以被并发地读取。

锁是实现并发的主要手段，当事务提交后会自动释放锁。

3. Oracle 多粒度锁机制介绍

根据保护对象的不同，Oracle数据库锁可以分为以下几大类：

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

(2) DDL lock（dictionary locks，字典锁）：用于保护数据库对象的结构（例如表、视图、索引的结构定义）；

(3) Internal locks 和latches（内部锁与闩）：保护内部数据库结构；

(4) Distributed locks（分布式锁）：用于OPS（并行服务器）中；

(5) PCM locks（并行高速缓存管理锁）：用于OPS（并行服务器）中。

在Oracle中最主要的锁是DML（也可称为data locks，数据锁）锁。从封锁粒度（封锁对象的大小）的角度看，Oracle DML锁共有两个层次，即行级锁和表级锁。

3.1 Oracle的TX锁（行级锁、事务锁）

许多对Oracle不太了解的技术人员可能会以为每一个TX锁代表一条被封锁的数据行，其实不然。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。所以，一个TX 锁，可以对应多个被该事务锁定的数据行（在我们用的时候多是启动一个事务，然后SELECT… FOR UPDATE NOWAIT）。

在Oracle的每行数据上，都有一个标志位来表示该行数据是否被锁定。Oracle不像DB2那样，建立一个链表来维护每一行被加锁的数据，这样就大大减小了行级锁的维护开销，也在很大程度上避免了类似DB2使用行级锁时经常发生的锁数量不够而进行锁升级的情况。数据行上的锁标志一旦被置位，就表明该行数据被加X锁，Oracle在数据行上没有S锁。

3.2 意向锁

① 意向锁的引出

表是由行组成的，当我们向某个表加锁时，一方面需要检查该锁的申请是否与原有的表级锁相容；另一方面，还要检查该锁是否与表中的每一行上的锁相容。比如一个事务要在一个表上加S锁，如果表中的一行已被另外的事务加了X锁，那么该锁的申请也应被阻塞。如果表中的数据很多，逐行检查锁标志的开销将很大，系统的性能将会受到影响。为了解决这个问题，可以在表级引入新的锁类型来表示其所属行的加锁情况，这就引出了"意向锁"的概念。

意向锁的含义是如果对一个结点加意向锁，则说明该结点的下层结点正在被加锁；对任一结点加锁时，必须先对它的上层结点加意向锁。如：对表中的任一行加锁时，必须先对它所在的表加意向锁，然后再对该行加锁。这样一来，事务对表加锁时，就不再需要检查表中每行记录的锁标志位了，系统效率得以大大提高。

② 意向锁的类型

由两种基本的锁类型（S锁、X锁），可以自然地派生出两种意向锁：

意向共享锁（Intent Share Lock，简称IS锁）：如果要对一个数据库对象加S锁，首先要对其上级结点加IS锁，表示它的后裔结点拟（意向）加S锁；

意向排它锁（Intent Exclusive Lock，简称IX锁）：如果要对一个数据库对象加X锁，首先要对其上级结点加IX锁，表示它的后裔结点拟（意向）加X锁。

另外，基本的锁类型（S、X）与意向锁类型（IS、IX）之间还可以组合出新的锁类型，理论上可以组合出4种，即：S+IS，S+IX，X+IS，X+IX，但稍加分析不难看出，实际上只有S+IX有新的意义，其它三种组合都没有使锁的强度得到提高（即：S+IS=S，X+IS=X，X+IX=X，这里的"="指锁的强度相同）。所谓锁的强度是指对其它锁的排斥程度。

这样我们又可以引入一种新的锁的类型：

共享意向排它锁（Shared Intent Exclusive Lock,简称SIX锁）：如果对一个数据库对象加SIX锁，表示对它加S锁，再加IX锁，即SIX=S+IX。例如：事务对某个表加SIX锁，则表示该事务要读整个表（所以要对该表加S锁），同时会更新个别行（所以要对该表加IX锁）。

这样数据库对象上所加的锁类型就可能有5种：即S、X、IS、IX、SIX。

具有意向锁的多粒度封锁方法中任意事务T要对一个数据库对象加锁，必须先对它的上层结点加意向锁。申请封锁时应按自上而下的次序进行；释放封锁时则应按自下而上的次序进行；具有意向锁的多粒度封锁方法提高了系统的并发度，减少了加锁和解锁的开销。

3.3 Oracle的TM锁（表级锁）

Oracle的DML锁（数据锁）正是采用了上面提到的多粒度封锁方法，其行级锁虽然只有一种（即X锁），但其TM锁（表级锁）类型共有5种，分别称为共享锁（S锁）、排它锁（X锁）、行级共享锁（RS锁）、行级排它锁（RX锁）、共享行级排它锁（SRX锁），与上面提到的S、X、IS、IX、 SIX相对应。需要注意的是，由于Oracle在行级只提供X锁，所以与RS锁（通过SELECT … FOR UPDATE语句获得）对应的行级锁也是X锁（但是该行数据实际上还没有被修改），这与理论上的IS锁是有区别的。锁的兼容性是指当一个应用程序在表（行）上加上某种锁后，其他应用程序是否能够在表（行）上加上相应的锁，如果能够加上，说明这两种锁是兼容的，否则说明这两种锁不兼容，不能对同一数据对象并发存取。

下表为Oracle数据库TM锁的兼容矩阵（Y=Yes，表示兼容的请求； N=No，表示不兼容的请求；-表示没有加锁请求）：

	S	X	RS	RX	SRX	-
S	Y	N	Y	N	N	Y
X	N	N	N	N	N	Y
RS	Y	N	Y	Y	Y	Y
RX	N	N	Y	Y	N	Y
SRX	N	N	Y	N	N	Y
-	Y	Y	Y	Y	Y	Y

一方面，当Oracle执行SELECT…FOR UPDATE、INSERT、UPDATE、DELETE等DML语句时，系统自动在所要操作的表上申请表级RS锁（SELECT…FOR UPDATE）或RX锁（INSERT、UPDATE、DELETE），当表级锁获得后，系统再自动申请TX锁，并将实际锁定的数据行的锁标志位置位（指向该TX锁）；另一方面，程序或操作人员也可以通过LOCK TABLE语句来指定获得某种类型的TM锁。下表总结了Oracle中各SQL语句产生TM锁的情况：

SQL语句	表锁模式	允许的锁模式
select * from table_name...	无	RS、RX、S、SRX、X
insert into table_name	RX	RS、RX
update table_name	RX	RS、RX
delete from table_name for update	RX	RS、RX
select * from table_name for update	RS	RS、RX、S、SRX
lock table table_name in row share mode	RS	RS、RX、S、SRX
lock table table_name in row exclusiive mode	RX	RS、RX
lock table table_name in share mode	S	RS、S
lock table taable_name in share row exclusive mode	SRX	RS
lock table table_name in exclusive mode	X	无

我们可以看到，通常的DML操作（SELECT…FOR UPDATE、INSERT、UPDATE、DELETE），在表级获得的只是意向锁（RS或RX），其真正的封锁粒度还是在行级；另外，Oracle数据库的一个显著特点是，在缺省情况下，单纯地读数据（SELECT）并不加锁，Oracle通过回滚段（Rollback segment）来保证用户不读"脏"数据。这些都提高了系统的并发程度。

由于意向锁及数据行上锁标志位的引入，减小了Oracle维护行级锁的开销，这些技术的应用使Oracle能够高效地处理高度并发的事务请求。

4. Oracle 多粒度封锁机制的监控

为了监控Oracle系统中锁的状况，我们需要对几个系统视图有所了解：

4.1 v$lock视图

v$lock视图列出当前系统持有的或正在申请的所有锁的情况，其主要字段说明如下：

字段名称	类型	说明
SID	number	回话(session)标识
TYPE	varchar2(2)	区分该锁保安湖对象的类型
ID1	number	锁标识1
ID2	number	锁标识2
LMODE	number	锁模式：0（None），1（null），2（row share），3（row exclusion），4（share），5（share row exclusion），6（exclusion）
REQUEST	number	申请的锁模式，具体值同上面的lmode
CTIME	number	已持有或等待锁的时间
BLOCK	number	是否阻塞其他锁申请

其中在TYPE字段的取值中，本文只关心TM、TX两种DML锁类型；

4.2 v$locked_object视图

v$locked_object视图列出当前系统中哪些对象正被锁定，其主要字段说明如下：

字段名称	类型	说明
XIDUSN	number	回滚段号
XIDSLOT	number	槽号
XIDSQN	number	序列号
OBJECT_ID	number	被锁对象标识
SESSION_ID	number	持有锁的会话(session)标识
ORACLE_USERNAME	varchar(30)	持有锁的用户的Oracle用户名
OS_USER_NAME	varchar(15)	持有该锁的用户的操作系统用户名
PROCESS	varchar(9)	操作系统的进程号
LOCKED_MODE	number	锁模式

4.3 Oracle锁监控脚本

根据上述系统视图，可以编制脚本来监控数据库中锁的状况。

① showlock.sql

第一个脚本showlock.sql，该脚本通过连接v$locked_object与all_objects两视图，显示哪些对象被哪些会话锁住：

column o_name format a10column lock_type format a20column object_name format a15select rpad(oracle_username,10) o_name,session_id sid,decode(locked_mode,0,'None',1,'Null',2,'Row share',3,'Row Exclusive',4,'Share',5,'Share Row Exclusive',6,'Exclusive') lock_type,object_name ,xidusn,xidslot,xidsqnfrom V$LOCKED_OBJECT,all_objectswhere V$LOCKED_OBJECT.object_id=all_objects.object_id;

第二个脚本showalllock.sql，该脚本主要显示当前所有TM、TX锁的信息：

select sid,type,id1,id2,decode(lmode,0,'None',1,'Null',2,'Row share',3,'Row Exclusive',4,'Share',5,'Share Row Exclusive',6,'Exclusive')lock_type,request,ctime,blockfrom v$lockwhere TYPE IN('TX','TM');

5. 锁等待

在某些情况下由于占用的资源不能及时释放，而造成锁等待，也可叫锁冲突。

锁等待会严重地影响数据库性能和日常工作。例如，当一个会话修改表A的记录时，它会对该记录加锁，而此时如果另一个会话也来修改此记录，那么第二个会活将因得不到排他锁而一直等待，此时会出现执行SQL时数据库长时间没有响应的现象，直到第一个会活把事务提交，释放锁，第二个会活才能对数据进行操作。

：演示锁等待的现象，具体分为如下两个步骤。

① 打开SQL *Plus窗口，修改 productinfo 表中的productid为1的记录：

update productinfo set origin = '修改1' where productid = '1';

此时，虽然已经更新，但事务并没有提交。

② 打开另一个SQL *Plus窗口，同样修改 productinfo 表中的productid为1的记录：

update productinfo set origin = '修改2' where productid = '1';

此时的执行效果不是提示已经更新，而是一直等待。

原因：第一个会话封锁了该记录，但事务没有结束，锁不会释放，而第二个会话也要修改同一条记录，但他却没有办法获得锁，所以只能等待。

6. 死锁

死锁的发生和锁等待不同，它是锁等待的一个特例，通常发生在两个或多个会话之间。假设一个会活想要修改两个资源对象，可以是表也可以是字段，修改这两个资源的操作在一个事务当中。当它修改第一个对象时需要对其锁定，然后等待第二个对象，这时如果另外一个会话也需要修改这两个资源对象，并且已经获得并锁定了第二个对象，那么就会出现死锁，因为当前会话锁定了第一个对象等待第二个对象，而另一个会话锁定了第二个对象等待第一个对象。这样，两个会话都不能得到想要得到的对象，于是出现死锁。

：演示死锁的发生，分为4个步骤

① 打开SQL *Plus窗口，修改 productinfo 表中的productid为1的记录：

update productinfo set origin = '修改1' where productid = '1';

② 打开另一个SQL *Plus窗口，修改 productinfo 表中的productid为2的记录：

update productinfo set origin = '修改2' where productid = '2';

到目前为止，第一个会话锁定了id为1的记录，第二个会话锁定了id为2的记录。

③ 第一个会话修改第二个会话已经修改的记录

update productinfo set origin = '修改' where productid = '2';

此时第一个会话将出现所等待，因为他修改的对象已经被第二个会话锁定。

④ 第二个会话修改第一个会话已经修改的记录

update productinfo set origin = '修改1' where productid = '1';

此时就出现了死锁的情况。Oracle会自动检测死锁的情况，并释放一个冲突锁，并把消息传递给对方事务。

第 1 行出现错误:ORA-00060: 等待资源时检测到死锁

习题

一、填空题

Oracle中使用（）命令提交事务。
Oracle中使用（）命令回滚事务。
Oracle中使用（）命令设置保存点。
锁被分成（）、（）两种基本类型。

二、选择题

TM锁中下-列哪种模式和其他模式都不兼容？

A.RS B.S C.RX D.X
下面不属于事务操作语句的是（）.
A. ROLLBACK

B. COMMIT
C. SAVEPOINT

D. BEGIN

三、简答题

事务有哪些特性？
保存点的作用是什么？

第12章 事务与锁