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SQLite入门与分析(五)---Page Cache之并发控制

2013-08-06 18:22北大青鸟锦江天府学院
[导读] 写在前面:本节主要谈谈SQLite的锁机制,SQLite是基于锁来实现并发控制的,所以本节的内容 实际上是属于事务处理的,但是SQLite的锁机制实现非常的简单而巧妙,所以在这里单独讨论一

写在前面:本节主要谈谈SQLite的锁机制,SQLite是基于锁来实现并发控制的,所以本节的内容 实际上是属于事务处理的,但是SQLite的锁机制实现非常的简单而巧妙,所以在这里单独讨论一下。如果真正理解了它,对整个事务的实现也就理解了。而要 真正理解SQLite的锁机制,最好方法就是阅读SQLite的源码,所以在阅读本文时,最好能结合源码。SQLite的锁机制很巧妙,尽管在本节中的源 码中,我写了很多注释,也是我个人在研究时的一点心得,但是我发现仅仅用言语,似乎不能把问题说清楚,只有通过体会,才能真正理解SQLite的锁机制。 好了,下面进入正题。

 

SQLite的并发控制机制是采用加锁的方式,实现非常简单,但也非常的巧妙,本节将对其进行一个详细的解剖。请仔细阅读下图,它可以帮助更好的理解下面的内容。

 

1、RESERVED LOCK
RESERVED锁意味着进程将要对数据库进行写操作。某一时刻只能有一个RESERVED Lock,但是RESERVED锁和SHARED锁可以共存,而且可以对数据库加新的SHARED锁。
为什么要用RESERVED锁?
主要是出于并发性的考虑。由于SQLite只有库级排斥锁 (EXCLUSIVE LOCK),如果写事务一开始就上EXCLUSIVE锁,然后再进行实际的数据更新,写磁盘操作,这会使得并发性大大降低。而SQLite一旦得到数据库 的RESERVED锁,就可以对缓存中的数据进行修改,而与此同时,其它进程可以继续进行读操作。直到真正需要写磁盘时才对数据库加EXCLUSIVE 锁。
2、PENDING LOCK
PENDING LOCK意味着进程已经完成缓存中的数据修改,并想立即将更新写入磁盘。它将等待此时已经存在的读锁事务完成,但是不允许对数据库加新的SHARED LOCK(这与RESERVED LOCK相区别)。
为什么要有PENDING LOCK?
主要是为了防止出现写饿死的情况
。由于写事务先要获取RESERVED LOCK,所以可能一直产生新的SHARED LOCK,使得写事务发生饿死的情况。

3、加锁机制的具体实现

SQLite在pager层获取锁的函数如下:

 

Code

 

Windows下具体的实现如下:

Code

 

在几个关键的部位标记数字。

(I)对于一个读事务会的完整经过:
语句序列:(1)——>(2)——>(6)
相应的状态真正的变化过程为:UNLOCKED→PENDING(1)→PENDING、SHARED(2)→SHARED(6)→UNLOCKED
(II)对于一个写事务完整经过:
第一阶段:
语句序列:(1)——>(2)——>(6)
状态变化:UNLOCKED→PENDING(1)→PENDING、SHARED(2)→SHARED(6)。此时事务获得SHARED LOCK。
第二个阶段
语句序列:(3)
此时事务获得RESERVED LOCK。
第三个阶段:
事务执行修改操作。
第四个阶段:
语句序列:(1)——>(4)——>(5)
状态变化为:
RESERVED→ RESERVED 、PENDING(1)→PENDING(4)→EXCLUSIVE(5)。此时事务获得排斥锁,就可以进行写磁盘操作了。

注:在上面的过程中,由于(1)的执行,使得某些时刻SQLite处于两种状态,但它持续的时间很短,从某种程度上来说可以忽略,但是为了把问题说清楚,在这里描述了这一微妙而巧妙的过程。

 

4、SQLite的死锁问题
SQLite的加锁机制会不会出现死锁?
这是一个很有意思的问题,对于任何采取加锁作为并发控制机制的DBMS都得考虑这个问题。有两种方式处理死锁问题:(1)死锁预防(deadlock prevention)(2)死锁检测(deadlock detection)与死锁恢复(deadlock recovery)。SQLite采取了第一种方式,如果一个事务不能获取锁,它会重试有限次(这个重试次数可以由应用程序运行预先设置,默认为1次) ——这实际上是基本锁超时的机制。如果还是不能获取锁,SQLite返回SQLITE_BUSY错误给应用程序,应用程序此时应该中断,之后再重试;或者 中止当前事务。虽然基于锁超时的机制简单,容易实现,但是它的缺点也是明显的——资源浪费。

5、事务类型(Transaction Types)
既然SQLite采取了这种机制,所以应用程序得处理SQLITE_BUSY 错误,先来看一个会产生SQLITE_BUSY错误的例子:

 

所以应用程序应该尽量避免产生死锁,那么应用程序如何做可以避免死锁的产生呢?
答案就是为你的程序选择正确合适的事务类型。
SQLite有三种不同的事务类型,这不同于锁的状态。事务可以从DEFERRED,IMMEDIATE或者EXCLUSIVE,一个事务的类型在BEGIN命令中指定:
BEGIN [ DEFERRED | IMMEDIATE | EXCLUSIVE ] TRANSACTION;
一个deferred事务不获取任何锁,直到它需要锁的时候,而且BEGIN语句本身也不会做什么事情——它开始于UNLOCK状态;默认情况下是这样 的。如果仅仅用BEGIN开始一个事务,那么事务就是DEFERRED的,同时它不会获取任何锁,当对数据库进行第一次读操作时,它会获取SHARED LOCK;同样,当进行第一次写操作时,它会获取RESERVED LOCK。
由BEGIN开始的Immediate事务会试着获取RESERVED LOCK。如果成功,BEGIN IMMEDIATE保证没有别的连接可以写数据库。但是,别的连接可以对数据库进行读操作,但是RESERVED LOCK会阻止其它的连接BEGIN IMMEDIATE或者BEGIN EXCLUSIVE命令,SQLite会返回SQLITE_BUSY错误。这时你就可以对数据库进行修改操作,但是你不能提交,当你COMMIT时,会返 回SQLITE_BUSY错误,这意味着还有其它的读事务没有完成,得等它们执行完后才能提交事务。
Exclusive事务会试着获取对数据库的EXCLUSIVE锁。这与IMMEDIATE类似,但是一旦成功,EXCLUSIVE事务保证没有其它的连接,所以就可对数据库进行读写操作了。
上面那个例子的问题在于两个连接最终都想写数据库,但是他们都没有放弃各自原来的锁,最终,shared 锁导致了问题的出现。如果两个连接都以BEGIN IMMEDIATE开始事务,那么死锁就不会发生。在这种情况下,在同一时刻只能有一个连接进入BEGIN IMMEDIATE,其它的连接就得等待。BEGIN IMMEDIATE和BEGIN EXCLUSIVE通常被写事务使用。就像同步机制一样,它防止了死锁的产生。
基本的准则是:如果你在使用的数据库没有其它的连接,用BEGIN就足够了。但是,如果你使用的数据库在其它的连接也要对数据库进行写操作,就得使用BEGIN IMMEDIATE或BEGIN EXCLUSIVE开始你的事务。

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