20200304-Oracle面试宝典-锁篇

请问 Oracle 数据库锁的作用是什么？

多用户系统并发访问并修改数据时，保护数据的一致性和完整性。
锁是一种机制，多个事务同时访问一个数据库对象时，该机制可以实现对并发的控制。
Oracle 正是使用锁机制来实现系统的高并发，利用不同类型的排它锁或者共享锁来管理并发会话对数据的操作。数据库是一个多用户使用的共享资源。当多个用户并发地存取修改同一数据时，若对并发操作不加控制就可能会读取和存储不正确的数据，破坏数据库的一致性和完整性。Oracle 数据库通过其锁机制在事务之间提供数据并发性、一致性和完整性。锁定是自动发生的，通常不需要用户操作。

请问Oracle 锁存储在哪里？

在oracle 数据库中，不存在真正意义上属于某个对象或数据的锁。 oracle 锁的信息是数据块的一个物理属性，而不是逻辑上属于某个表或某个行。 Oracle 的锁机制是一种轻量级的锁定机制，不是通过构建锁列表来进行数据的锁定管理，而是直接将锁作为数据块的属性，存储在数据块首部。在 Oracle 数据库中，它并不是对某个表加上锁或者某几行加上锁， 锁是以数据块的一个属性存在的。 也就是说， 每个数据块本身就存储着自己数据块中数据的信息，这个地方叫 ITL （ Interested Transaction List ）， 凡是在这个数据块上有活动的事务，它的信息就会记录在这里面供后续的操作查询，一保证事务的一致性。

请问Oracle 锁有哪些类别？分别介绍下？

一：根据获取锁的方式，锁分为以下两种

排它锁（Exclusive Locks ，即 X 锁）和共享锁（ Share Locks ，即 S 锁）。

1.1 排它锁 ：

事务设置排它锁后，该事务单独获得此资源，另一事务不能在此事务提交之前获得相同对象的共享锁或排它锁。
可以理解为写锁，这种锁是防止资源的共享，用于修改数据。如果一个事物给某个数据加了排它锁，其它事物就不能对它再加任何锁，直到事物完结，排它锁释放。

1.2 共享锁 ：

共享锁使一个事务对特定数据库资源进行共享访问 ， 另一事务也可对此资源进行访问或获得相同共享锁。共享锁为事务提供高并发性 ， 容易造成死锁和数据更新丢失。
可以理解为读锁，加了共享锁的数据，只能共享读，不能再给它加排它锁进行写的操作。

二：根据系统并发情况，锁分为以下两种

悲观锁和乐观锁。

2.1 悲观锁 ：

所谓的悲观锁：顾名思义，就是很悲观，每次去 修改 数据的时候都认为别人 也 会 去 修改 相同的书 ，所以每次 修改 数据的时候都会上锁。这样别人 修改 数据的时候就要等待直到锁的释放。以保证数据的一致性。

悲观锁有 两种方式 ( 从SQL 语句的区别来看 ):

1. 执行 select xxx for update 操作时，数据会被锁定，只有执行comit 或 rollover 才会释放
2. 执行 select xxx for update nowait 操作时，数据也会被锁定，其他人访问时或返回ORA-00054 错误，内容是资源正忙，需要采取相应的业务措施进行处理。

2.2 乐观锁 ：

所谓的乐观锁： 就是很乐观，每次去修改数据的时候都认为别人不会去修改相同的数据，所以不会上锁，但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据。
因此，需要在提交时保证数据一致性，如果不一致，则返回错误，由程序本身的逻辑进行处理。

乐观锁的实现主要有三种方式：
a. 通过比较提交前后的数据是否发生变化来判断是否存在数据冲突
b. 通过在表中增加版本戳列，来标示是否发生了变化
c. 通过比对表的时间戳来判断是否出现了版本变化

可以通过trigger 或存储过程实现该乐观锁。
oracle 在数据更新时通常时候的是 乐观 锁，任何一个以UPDATE…SET 开始并且不是以 SELECT…FOR UPDATE 进行操作的命令就是一个乐观锁的例子。

悲观锁和乐观锁使用场景：

1. 如果系统并发量不大且不允许脏读，可以使用悲观锁解决并发问题。
2. 如果系统并发非常大的话，悲观锁会带来很大性能问题，所以一般采用乐观锁。
3. 如果系统读比较多，写比较少，也应该使用乐观锁，可以提高吞吐量

三： 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) System Locks ：保护内部数据库结构 , 例如 Latches,mutexes,internal locks ；

3.1 DML 锁

DML 锁 ( 也称为数据锁 ) 保证了多个用户并发访问的数据的完整性。
DML 语句自动获取下列类型的锁 :

3.1.1 行锁(TX)

行级锁是粒度最细的DML 锁，主要用来控制数据行的修改、删除操作。当对表中的某行数据进行修改时，需要对其加上行级排他锁，防止其他事物也对其进行修改，等数据修改完，事物提交时，自动释放。

3.1.2 表锁™

TM 锁用于确保在修改表的内容时，表的结构不会改变，例如防止在 DML 语句执行期间相关的表被移除。当用户对表执行 DDL 或 DML 操作时，将获取一个此表的表级锁。
当事务获得行锁后，此事务也将自动获得该行的表锁, 以防止其它事务进行 DDL 语句影响记录行的更新。

TM 锁包括了 SS 、 SX (RX) 、 S 、 SRX(SSX) 、 X 等多种模式，在数据库中用 0 － 6 来表示。不同的 SQL 操作产生不同类型的 TM 锁 .
R 是 ROW 行， S 是 SHARE 共享， X 是 e x clusive 排他，独占锁的意思 。

锁模式：0 锁描述： none
说明：没有锁, 一般的 SELECT ，在表和行上都是 0 级锁

锁模式：1 锁描述： NULL
说明：Select 有时会在 v$locked_object 出现。 其实起不了锁定的作用，他就是有一个通知的功能，根本阻止不了 DDL ，类似把执行计划中的对象通知对象所属的会话。

锁模式：2 锁描述： SS(Row-S) 行级共享锁
说明：表结构共享锁，只跟X 冲突，因为其他都是共享锁， RX,SRX 虽然也有 X, 但是是行的 X, 表上还是共享的意思， 2 级锁在表级别和 0-5 级不冲突。
这个锁，也称为子共享表锁(SS) ，表示持有表上锁的事务已经锁定了表中的行，并打算更新它们。行共享锁是表锁中限制最少的一种模式，它为表提供了最高程度的并发性。
相关操作：Select for update,Lock For Update,Lock Row Share

锁模式：3 锁描述： SX(Row-X) 行级排他锁
说明：表结构共享锁+ 被操作的记录的排它锁（若有 DML 操作），这个锁，也称为 subexclusive table lock (SX) ，通常表示持有这个锁的事务已经更新了表行或发出了 SELECT … for update 。 SX 锁允许其他事务并发地查询、插入、更新、删除或锁定同一表中的行。因此， SX 锁允许多个事务同时获得同一表的 SX 和子共享表锁。

相关操作：Insert, Update, Delete, Lock Row Exclusive

锁模式：4 锁描述： S(Share) 共享锁
说明：表结构共享锁+ 所有记录共享锁（隐含），事务持有的共享表锁允许其他事务查询该表 (SELECT … for update 除外 ) ，但仅当单个事务持有共享表锁时才允许更新。因为多个事务可能同时持有一个共享表锁，持有这个锁不足以确保一个事务可以修改表。
相关操作：Create Index, Lock Share

锁模式：5 锁描述： SRX(S/Row-X) 共享行级排他锁
说明：表结构共享锁+ 所有记录排它锁（隐含），这个锁也称为 share-subexclusive table lock (SSX) ，比共享锁的限制更严格。一次只有一个事务可以获得给定表上的 SSX 锁。事务持有的 SSX 锁允许其他事务查询表 ( 除了 SELECT … for update) 但不更新表。

相关操作：Lock Share Row Exclusive

锁模式：6 锁描述： X(Exclusive) 排他锁
说明：表结构排它锁，这个锁是最严格的，禁止其他事务执行任何类型的DML 语句或在表上放置任何类型的锁。
相关操作：Alter table, Drop table, Drop Index, Truncate table, Lock Exclusive
这几种模式看上去是不是感觉特别乱，不好理解，网上有一个通俗易懂的例子如下：

http://blog.itpub.net/30126024/viewspace-2156232/

参考Maclean 的讲座，用一个珠宝店来做比喻说明 ：
珠宝店可以给大家免费参观，可以让你预定，可以试用后觉得好再买，可以把店都买下来 。
第0 类人 ，免费参观珠宝店的人
第1 类人 ，免费参观珠宝店的老弱病残孕的客人
第2 类人 ，预定了试用期，先买来几天，如果试用后觉得好再买
第3 类人 ，直接到店里的目的就是立即购买
第4 类人 ，把整个店的珠宝包下来，让别人参观，预定，但是不能买卖（这在ORACLE 中叫只读锁，只允许别人读，也就是只允许第 0 ， 1 ， 2 类人来珠宝店，让别人只读方式的参观，不允许买卖，再来个第 4 类人，还是允许的，因为大家虽然都想包，但是大家的目的都是分享，而不是独占，所以是可以兼容的）
第5 类人 ，它跟第4 类人的区别只有一条，就是第 5 类人包下整个珠宝店后，另一个第 5 类人就不允许再包了 ( 这在 ORACLE 中叫写锁定 ) ，也就是第 5 类人是单通道的，你在珠宝店里只能找到 1 个第 5 类人，不可能找出第 2 个第 5 类人，但是第 5 类人把珠宝店包下来后，仍然可以让第 0 ， 1 ， 2 类人参观，但不允许买卖
第6 类人 ，它把整个珠宝店盘下来，不允许任何人有目的的参观，只允许免费参观，它是独占的，只允许0,1 类人参观，其他人都不允许
– 以上第 2 类人预定的，所以第 3 类跟 6 类人不兼容
– 以上第 3 类人是要买珠宝的，所以第 3 类跟 4 ， 5 ， 6 类人都不兼容 。

3.2 DDL 锁

当正在进行的DDL 操作作用于或引用对象时，数据字典（ DDL ）锁保护模式对象的定义。
在DDL 操作期间，只有修改或引用的单个架构对象才会被锁定。数据库从不锁定整个数据字典。
Oracle 数据库代表任何需要 DDL 锁的 DDL 事务自动获取 DDL 锁。用户不能显式请求 DDL 锁。例如，如果用户创建了一个存储过程，那么 Oracle 数据库会自动为过程定义中引用的所有模式对象获取 DDL 锁。 DDL 锁防止在过程编译完成之前更改或删除这些对象。

3.2.1 DDL 排他 锁

排他DDL 锁阻止其他会话获得 DDL 或 DML 锁。
大多数DDL 操作需要对一个资源使用独占 DDL 锁，以防止对其他 DDL 操作的破坏干扰，这些操作可能修改或引用相同的模式对象。例如，当 ALTER TABLE 添加一个列时， DROP TABLE 不允许删除一个表，反之亦然。

3.2.2 DDL 共享锁

资源的共享DDL 锁可以防止对冲突的 DDL 操作的破坏性干扰，但允许对类似的 DDL 操作进行数据并发。
这些锁会保护所引用对象的结构，使之不会被其他会话修改，但是允许修改数据。
例如，在运行CREATE PROCEDURE 语句时，包含的事务为所有引用的表获取共享 DDL 锁。其他事务可以并发地创建引用相同表的过程，并获取相同表上的并发共享 DDL 锁，但是任何事务都不能获得任何引用表上的独占 DDL 锁。
共享DDL 锁在 DDL 语句执行和自动提交期间有效。因此，持有共享 DDL 锁的事务可以保证引用的模式对象的定义在事务期间保持不变。

3.2.3 DDL 可分解的解析锁

一个解析锁被称为一个可分解的解析锁，因为它不禁止任何DDL 操作，并且可以被分解为允许冲突的 DDL 操作。
这些锁允许一个对象（如共享池中缓存的一个查询计划）向另外某个对象注册其依赖性。如果在被依赖的对象上执行DDL，Oracle会查看已经对该对象注册了依赖性的对象列表，并使这些对象无效。因此，这些锁是“可 分解的 ”，它们不防止DDL出现。

3.3 系统锁

Oracle 数据库使用各种类型的系统锁来保护内部数据库和内存结构。这些机制对于用户来说是透明的。

3.3.1 闩锁 Latches

闩锁是一种简单的低级序列化机制，用于协调对共享数据结构、对象和文件的多用户访问。
一般来说，latch 由三种内存元素成： pid （进程 id ），内存地址和内存长度。 Latch 保证对共享数据结构的排它性访问，以此来保证内存结构的完整性不受到损坏。在多个会话同时修改或者检视（ inspect ） sga 中同一个内存结构时，必须串行化访问以 保证 sga 中数据结构的完整性，latch 不会造成阻塞，是只会等待。 当前一个进程释放latch 后，如果其他多个进程同时请求的话，他们之间将出现竞争，没有一个入队机制， 一旦前面进程释放 锁定 ，后面的进程就蜂拥而上，没有先来后到的概念，并且这一切都发生的非常快，因为Latch 的特点是快而短暂。
latch 争用多半要考虑系统及数据库自身设计问题，如绑定变量，热块及参数设置是否合理。
如多用户对主键的删除或者修改，是否有用户使用select … for update 这样的语法，外键是否创建索引等。
闩锁保护共享内存资源在被多个进程访问时不受损坏。具体来说，锁存保护数据结构不受以下情况的影响：

•多个会话并发修改
• 当被一个会话读取的同时被另一个会话修改
• 当访问时释放重新分配内存

通常，在SGA 中单个闩保护多个对象，例如，后台进程（例如 DBWn 和 LGWR ）从共享池（ shared pool ）分配内存创建数据结构，为了分配这些内存，这些进程用一个共享池闩来序列化访问，防止两个进程同时检查或修改共享池。内存被分配后，其它进程可能需要访问共享池，例如库缓存（library cache ），用于解析，这时，进程闩只锁库缓存，不锁整个共享池。

与队列锁（如行锁）不同，闩不允许session 排队。当一个闩锁可用时，发起请求的第一个session 获取到闩。当一个进程在一个循环中重复地请求一个闩，叫做 Latch spinning ，而一个进程等待请求闩期间睡眠释放 CPU ，则叫做 latch sleeping 。

通常，一个Oracle 进程在操作或查看一个数据结构时只获取闩极短的时间，例如，当处理一个雇员的薪水更新时，数据库可以获取和释放几千次锁。闩的实现依赖于操作系统，特别是对于怎么处理闩的等待。

闩的增加意味着并行度的减少，例如，过多的硬操作会竞争库缓存闩。V$LATCH 视图包含了每种闩使用的统计信息，包括请求和等待每个闩锁的次数。

3.3.2 互斥锁 Mutexes

Mutex 作为 Latch 的替代品，具有更快速获得，更小等优势。
获取一个mutex 进需要大约 30~35 个指令， 而 Latch 则需要 150~200 个指令。一个 mutex 结构的大小大约为 16 bytes ，而在 10.2 版本中一个 latch 需要 112 个 bytes ，在更早的版本中是 200 个 bytes 。
互斥对象( 互斥对象 ) 是一种低级别的机制，它可以防止内存中的对象在被并发进程访问时老化或损坏。互斥锁类似于闩，但闩通常保护一组对象，而互斥锁保护单个对象。

互斥锁有几个好处:
•互斥锁可以减少争用。
因为一个闩保护多个对象，所以当多个进程试图同时访问这些对象时，它可能成为瓶颈。通过序列化对单个对象而不是组的访问，互斥锁减速了竞争。

•互斥锁消耗的内存比 闩更少。
•在共享模式下，互斥锁允许多个会话并发引用 。

3.3.3 内部锁 Internal Locks

内部锁是比闩和互斥锁更高级、更复杂的机制，可用于各种目的。
数据库使用以下类型的内部锁:

•字典缓存锁
这些锁的持续时间非常短，当字典缓存的条目被修改或使用时，它们保证被解析的语句不会看到不一致的对象定义。字典缓存锁可以是共享的，也可以是独占的。共享锁在解析完成时释放，而独占锁在DDL 操作完成时释放。

•文件和日志管理锁
这些锁保护各种文件。例如，一种内部锁保护控制文件保证一次只有一个进程可以修改它。另一个锁协调在线重做日志文件的使用和归档。数据文件被锁定，以确保多个实例以共享模式挂载数据库，或一个实例以独占模式挂载数据库。因为文件锁和日志锁指示文件的状态，所以这些锁必须保持很长时间。

•表空间和撤销段锁
这些锁保护表空间和撤销段。例如，访问数据库的所有实例必须就表空间是联机还是脱机达成一致。undo 段被锁定，保证只有一个数据库实例可以写入undo 。

参考资料：

https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/20/cncpt/index.html
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1633934567936531363&wfr=spider&for=pc
https://www.cnblogs.com/jiyuqi/p/3701716.html
https://www.cnblogs.com/yingsong/p/7645965.html
https://blog.youkuaiyun.com/zdp072/article/details/25008873
https://www.cnblogs.com/sopost/archive/2011/11/17/2253352.html
https://www.askmaclean.com/archives/understanding-oracle-mutex.html
http://blog.itpub.net/30126024/viewspace-2156232/?t=1537068073785

欢迎关注我的微信公众号"IT 小 Chen"