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Oracle 深入理解Lock和Latch ,解析访问数据块全流程

创作时间:

作者:

@小白创作中心

Oracle 深入理解Lock和Latch ,解析访问数据块全流程

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/dnuiking/article/details/145771504

本文深入探讨了Oracle数据库中的Lock和Latch两种锁机制，详细介绍了它们的分类、工作原理以及应用场景。通过实例模拟和SQL语句演示，帮助读者更好地理解这些概念，并提供了一些性能优化建议。

Oracle 锁机制介绍

根据保护对象的不同，单实例Oracle数据库锁可以分为以下几大类：

DML lock（数据锁）：用于保护数据的完整性
DDL lock（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）
内部锁、闩锁（latches）、互斥锁（mutex）、pin：保护内部数据库结构

Oracle DML锁共有两个层次，即行级锁（TX）和表级锁（TM）。

Lock 锁

锁介绍

在谈到性能优化时，通常是因为系统缓慢需要进行优化。系统缓慢的原因通常有两种：

系统资源耗尽（如CPU耗尽、吞吐量上不去），性能达到极限
锁定、阻塞，发现系统性能很高但应用程序性能就是上不去，这种情况通常是阻塞

模拟锁的情况

窗口一：建一张表，插入一条数据，id上有主键
窗口二：再往这张表id列插入一条同样的数据

由于primary key本质上是 unique key + not null，第二个事务不知道第一个事务是提交还是回滚，如果提交则事务二插入失败，如果回滚则插入成功，此时会造成锁阻塞。

Oracle中锁的大体分类

Enqueues：队列类型的锁，通常和业务相关
Latches：系统资源方面的锁，比如内存结构、SQL解析等

锁的所有类型可以根据视图v$lock_type查看。在Oracle 19c中，共有291种锁。

锁的原则

只有被修改时，行才会被锁定
当一条语句修改了一条记录，只有这条记录上被锁定，在Oracle数据库中不存在锁升级
当某行被修改时，它将阻塞别人对它的修改
当一个事务修改一行时，将在这个行上加上行锁（TX），用于阻止其它事务对相同行的修改
读永远不会阻止写
读不会阻塞写，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

TM锁和TX锁

TM表锁：发生在insert、update、delete以及select for update操作时，目的是保证操作能够正常进行，并且阻止其它人对表执行DDL操作
TX锁（事务锁/行锁）：对于正在修改的数据，阻止其它会话进行修改

锁过程验证

insert锁过程验证

窗口一：
窗口二：
查看锁结构：

在整个过程中：

首先会话58 对表T 加TM（表锁）和TX（行锁），TM锁的BLOCK = 1 代表这个会话在阻塞其它会话
第二个会话273 也对T表加了一个TM（表锁），又加了一个TX（行锁），这个行锁request = 4，代表它正在被阻塞
中间那把锁（会话273的行锁）正在请求锁并且被会话58的行锁阻塞。会话58持有的行锁（
LMODE = 6
）正在阻塞会话273对相同行的访问，导致会话273的请求（
REQUEST = 4
）被阻塞。

update锁过程验证

窗口一：
窗口二：
查看锁过程：

整个过程：
会话53 对表T加TM和TX锁，TX锁阻塞了其它会话，会话273对表T 加TM和TX锁，TX锁request=6 被阻塞。

delete 锁过程验证

窗口一：
窗口二：
查看锁过程：

会话58对表T加表锁和行锁，会话273对表T加表锁和行锁，58的行锁阻塞了273的行锁。

从v$session_wait 查看阻塞详情（从会话层面查看锁阻塞）

所以TX锁又叫队列锁（enq锁）

TM锁的几种模式

ORACLE里锁有以下几种模式:

0：none
1：null 空
2：Row-S 行共享(RS)：共享表锁，sub share
3：Row-X 行独占(RX)：用于行的修改，sub exclusive
4：Share 共享锁(S)：阻止其他DML操作，share
5：S/Row-X 共享行独占(SRX)：阻止其他事务操作，share/sub exclusive
6：exclusive 独占(X)：独立访问使用，exclusive

数字越大锁级别越高, 影响的操作越多。

1级锁有：Select，有时会在v$locked_object出现
2级锁有：Select for update,Lock For Update,Lock Row Share
3级锁有：Insert, Update, Delete, Lock Row Exclusive
4级锁有：Create Index, Lock Share
5级锁有：Lock Share Row Exclusive
6级锁有：Alter table, Drop table, Drop Index, Truncate table, Lock Exclusive

TM锁几种模式的互斥关系

模式	锁定的SQL	排斥的模式	允许的DML
2	lock table t in row share mode	6	select, insert, update, delete, for update
3	lock table t in row exclusive mode	4，5，6	select, insert, update, delete, for update
4	lock table t in share mode	3，5，6	select
5	lock table t in share row exclusive mode	3，4，5，6	select
6	lock table t in exclusive mode	2，3，4，5，6	select

RI锁 - 基于引用关系的锁

当对具有主外键关系的表做DML操作时，锁定不单单发生在操作表上，相应的引用表上也可能加上相应的锁定

示例：

insert 操作在往主表注入一条数据的时候会在主表和从表上同时上TM锁，对主表上TX锁
update 操作只会在主表上加TM和TX锁

死锁

两个会话互相持有对方资源导致死锁（Oracle 会自动检测死锁）

会话一：
会话二：

如上，Oracle自动检测到了死锁，释放了会话一。

Latch 锁（闩锁）

用中国话理解闩，就是古代插在门后面那个上锁的。（意味着获取一个资源之后，把它插住，谁也用不了，用完之后再把它打开）

Latch和Lock的区别

Latch	Lock
队列性	无序
时长	很短
层面	数据库资源层
目的	保护资源的完整性

Latch的目的

保证资源的串行访问：

保护SGA的资源访问
保护内存的分配

保证执行的串行化：

保护关键资源的串行执行
防止内存结构损坏

Latch在哪里 ->SGA

sharedpool -sql解析，sql重用.......
buffercache -数据访问，数据写入磁盘，数据读入内存，修改数据块，数据段扩展

oracle19c 共993个Latch

Latch的的获取

wait方式--如果无法获取请求的latch ,则：

spin：当一个会话无法获得需要的latch时，会继续使用CPU（ CPU空转），达到一个间隔后，再次尝试申请latch ,直到达到最大的重试次数。
sleep：当一个会话无法获得需要的latch时，会等待一段时间（sleep） ,达到 Y间隔后，再次尝试申清latch,如此反复，直到达到最大的重试次数。

No wait方式--如果无;标取请求的latch ,则：

不会发生sleep或者spin.
转而去获取其它可用的Latch

Latch锁在data buffer中的应用

data buffer存在的意义就是为了在内存中进行高速的数据查找和更新,尽量减少磁盘的IO操作, Buffer Cache中存在一个Hash Bucket结构,将数据库中已经读取的数据块放到里面,在从数据库文件中读取到一个数据块后,Oracle会根据这个数据块的文件编号,段编号,数据块号组合到一起通过一个内部的hash算法运算后,会放到不同的hash bucket中,每个Hash Bucket都有一个Hash chain list,保留Buffer Header 中的信息,然后通过这个list,把相同hash值的Buffer串起来.结构如图:

为保护这个结构不受同步更新的破坏,Oracle设计了一个CBC latch的锁结构 (Cache Buffers Chains),一个latch保护32的桶(Bucket),所以为了访问hash列表, 必须先获得CBC Latch.先获取Latch后,在对Buffer进行操作.对buffer操作是一个比较耗时的操作，比如从磁盘读取block。由于一个latch管理 32个桶，所以对buffer操作时不能继续持有latch。Oracle使用两阶段加latch锁的方式解决这个问题。

加latch锁
查找buffer，并对buffer加pin锁，如果是读取操作则为shared pin，若是写操作，则exclusive pin
释放latch锁
对buffer进行操作
加latch锁
释放pin锁
释放latch锁

参见下图，一个buffer拥有一个pin锁，每个pin锁对应两个列表，user's list(拥有锁的用户列表)和waiter's list(等待锁的列表)，如果用户等待pin锁的时间超过1 秒，则认为出现死锁。buffer和pin锁是一一对应关系

加上锁保护以后,整体的图

所以读取数据块的过程如下,当一个用户进程想要访问一个数据块：

根据数据文件号，块号生成hash 值
在Hash Table中找到bucket地址
获取CBC latch,一个latch保护32个bucket
bucket有一个指针指向bh(buffer head)
根据bh的搜索链表
匹配bh里面的内容和要找的
匹配到一个bh,给bh加锁buffer pin(共享和独占)
释放cbc latch, cbc latch做两件事情:保护链表，保护加buffer pin锁
进程根据bh里面的ba地址找内存块
找完了，获得cbc latch,在保护下释放buffer pin锁

利用哈希表管理已经被缓存的data block。为了使得哈希桶上链表尽量短，理想目标是一个链表上最多只有一个buffer，哈希桶的数量一般是data buffer数量的两倍，并把桶分组，每个组对应一个latch，latch用来保护桶中的链表。一个latch保护32个桶。

虽然和lock相比，latch是轻量级的，但是使用latch也是有比较大的开销的，所以 oracle尽量减少latch数量，所以一个latch管理了高达32个桶。

Oracle 等待事件 latch free：

如：

Oracle事件latch free定义为：当多个进程竞争一个latch 2次，而第2次的竞争者失败时，在 Statspack 或ASH报告中可以看到的Oracle事件名称。当数据库发生IO瓶颈，并且出现这类事件时，就可以查看latch free对Oracle性能的影响。

latch free 是一种 Oracle 的内部技术，是用于提升性能的一种需要得到保护的数据结构。通俗讲，在有多个几秒之间，用来竞争访问相同的资源的多个进程中，如果短时间内无法访问此特定资源，则会发生latch free事件。

由于Oracle数据库中大量组件都是由不同的进程驱动的，每一个进程都可以同时访问资源，并产生latch free的。而我们的目的是保护共有的资源，因此在资源访问时，可能会出现竞争的情况。在竞争时，如果第二个进程竞争失败，则表示该进程无法获取资源，这就引发了latch free事件。

解决方案：首先查看 latch free 看看哪个类型latch 最多

select p1,p2,p3,inst_id,count(*) from gv$active_session_history where sample_time > sysdate-1/24 and event='latch free' group by p1,p2,p3,inst_id order by 5 desc;

Latch锁类型较多，需要根据不同类型的Latch 做不同的处理方案