锁机制在 Postgresql 里非常重要 (对于其他现代的 RDBMS 也是如此)。对于数据库应用程序开发者(特别是那些涉及到高并发代码的程序员),需要对锁非常熟悉。对于某些问题,锁需要被重点关注与检查。大部分情况,这些问题跟死锁或者数据不一致有关系,基本上都是由于对 Postgres 的锁机制不太了解导致的。虽然锁机制在 Postgres 内部很重要,但是文档缺非常缺乏,有时甚至还是错误的,与文档所指出的结果不一致。我会告诉你精通 Postgres 的锁机制需要知道的一切,要知道对锁了解的越多,解决与锁相关的问题就会越快。
文档里都说了些什么?
Postgres 有 3 种锁机制:表级锁,行级锁和建议性锁。表级和行级的锁可以是显式的也可以是隐式的。建议性锁一般是显式的。显式的锁由显式的用户请求(通过特殊的查询)获取,隐式的锁是通过标准的 sql 命令来获取。
除了表级和行级的锁,还有页级共享/排除锁,用于控制对共享缓存池里表页的访问。在一行数据被读取或者更新后,这些锁会立即被释放。应用程序开发者通常不需要关注页级的锁。
锁机制会不时的变动,所以我们这里只针对 Postgres 9.x 的版本。9.1 和 9.2 基本上是差不多的,9.3 和 9.4 跟它们有些区别,主要涉及行级锁。
表级锁
大多数的表级锁是由内置的 sql 命令获得的,但他们也可以通过锁命令来明确获取。可使用的表级锁包括:
访问共享(ACCESS SHARE) - SELECT 命令可在查询中引用的表上获得该锁。一般规则是所有的查询中只有读表才获取此锁。
行共享(ROW SHARE) - SELECT FOR UPDATE 和 SELECT FOR SHARE 命令可在目标表上获得该锁(以及查询中所有引用的表的访问共享锁)。
行独占(ROW EXCLUSIVE) - UPDATE、INSERT 和 DELETE 命令在目标表上获得该锁(以及查询中所有引用的表的访问共享锁)。 一般规则是所有修改表的查询获得该锁。
共享更新独占(SHARE UPDATE EXCLUSIVE) - VACUUM(不含FULL),ANALYZE,CREATE INDEX CONCURRENTLY,和一些 ALTER TABLE 的命令获得该锁。
共享(SHARE) - CREATE INDEX 命令在查询中引用的表上获得该锁。
共享行独占(SHARE ROW EXCLUSIVE) - 不被任何命令隐式获取。
排他(EXCLUSIVE) - 这个锁模式在事务获得此锁时只允许读取操作并行。它不能由任何命令隐式获取。
访问独占(ACCESS EXCLUSIVE) - ALTER TABLE,DROP TABLE,TRUNCATE,REINDEX,CLUSTER 和 VACUUM FULL 命令在查询中引用的表上获得该锁。此锁模式是 LOCK 命令的默认模式。
重要的是要知道,所有这些锁都是表级锁,即使它们名称里有行(ROW)字。
每个锁模式的最重要的信息是与彼此冲突的模式列表。在同一时间同一个表中,2 个事务不能同时保持相冲突的锁模式。事务永远不会与自身发生冲突。 非冲突的锁可以支持多事务并发。同样重要的是要知道有的模式和自身冲突。一些锁模式在 获得后会持续到事务结束。但如果锁是在建立一个保存点后获得,保存点回滚后锁会被立刻释放。 下面的表格展示了哪些模式是互相冲突的:
行级锁
在 Postgres 9.1 和 9.2 有两种行级锁模式,但在 Postgres 9.3 和 9.4 有四种行级锁模式。
Postgres 不会记住修改的行在内存中的任何信息,所以一次锁定的行的数目没有限制。然而,锁定一行可能会导致磁盘写入,例如,SELECT FOR UPDATE 修改选定的行并标记它们锁定,所以会导致磁盘写入。
Postgres 9.1 和 9.2 中的行级锁
在这两种版本中,只有 2 种行级锁:排他或共享锁。当行更新或删除时,会自动获得排他行级锁。行级锁不阻止数据查询,它们只阻止同一行写入。 排他行级锁可由 SELECT FOR UPDATE 命令明确获得,即使行没有实际更改。
共享行级锁可由 SELECT FOR SHARE 命令获得。一个共享锁并不阻止其他事务获取同样的共享锁。然而,当任何其他事务持有共享锁时,事务的更新、删除或排他锁都不被允许。
Postgres 9.3 和 9.4 中的行级锁
在 Postgres 9.3 和 9.4 中有四种类型的行级锁:
更新(FOR UPDATE) - 这种模式导致 SELECT 读取的行的更新被锁定。这可以防止它们被其他事务锁定,修改或删除。即尝试 UPDATE、DELETE、SELECT FOR UPDATE、SELECT FOR NO KEY UPDATE、SELECT FOR SHARE 或 SELECT FOR KEY SHARE 的其他事务将被阻塞。删除一行,更新一些列也可以获得到此种锁模式(目前的列集是指那些具有唯一索引,并且可被用作外键 - 但将来这可能会改变)。
无键更新(FOR NO KEY UPDATE) - 这种模式与 FOR UPDATE 相似,但是更弱 - 它不会阻塞SELECT FOR KEY SHARE 锁模式。它通过不获取更新锁的 UPDATE 命令获得。
共享(FOR SHARE) - 这种模式与无键更新锁类似,除了它可以获取共享锁(非排他)。一个共享锁阻止其他事务在这些行上进行 UPDATE,DELETE,SELECT FOR UPDATE 或 SELECT FOR NO KEY UPDATE 操作,但并不阻止它们进行 SELECT FOR SHARE 或 SELECT FOR KEY SHARE。
键共享(FOR KEY SHARE)- 行为类似于共享,但该锁是较弱的:阻止了 SELECT FOR UPDATE,但不阻止 SELECT FOR NO KEY UPDATE。一个键共享锁阻止其他事务进行 DELETE 或任何更改该键值的 UPDATE,但不妨碍任何其他 UPDATE、SELECT FOR NO KEY UPDATE、SELECT FOR SHARE 或者SELECT FOR KEY SHARE。
行级锁冲突:
劝告锁
Postgres提供创建具有应用定义的锁的方法,这些被称为劝告锁(advisory locks),因为系统并不支持其使用,其取决于应用对锁的正确使用。
Postgres中有两种途径可以获得一个劝告锁:会话层级或事务层级。一旦在会话层级获得劝告锁,会一直保持到被显式释放或会话结束。不同于标准的锁请求,会话层级的劝告锁请求并不遵守事务语义:事务被回滚后锁也会随着回滚保持着,同样地即使调用锁的事务之后失败了,解锁请求仍然是有效的。一个锁可以被拥有它的进程多次获取;对于每个完成的锁请求,在锁被真正释放前一定要有一个对应的解锁请求。
另一方面,事务层级的锁请求表现得更像普通的锁请求:它们在事务结束时会自动释放,并且没有显式的解锁操作。对于短暂地使用劝告锁,这种特性通常比会话层级更方便。可以想见,会话层级与事务层级请求同一个劝告锁标识符会互相阻塞。如果一个会话已经有了一个劝告锁,它再请求时总会成功的,即使其他会话在等待此锁;不论保持现有的锁和新的请求是会话层级还是事务层级,都是这样。文档中可以找到操作劝告锁的完整函数列表。