亚信科技AntDB数据库——深入了解AntDB-M元数据锁的实现（一）

锁的获取

5.1 锁的强弱

当线程已经持有的锁比新申请的锁更强时，认为已经持有了锁，无需再对申请锁类型加锁。锁的强弱指持有的锁与其他锁的不兼容集合大小，集合相同锁相同，集合更大锁更强，否则无强弱关系。通过锁的兼容位图进行简单的位运算即可快速判断锁的强弱。

5.2 两种锁范围

按照锁的适用范围将锁划分为两类，当然划分不是非此即彼的，会有重叠，这两类锁有各自的兼容性和锁对象管理方式。

●范围锁（scoped locks）

只有三种锁（IX,S,X)，主要用于GLOBAL、COMMIT、TABLESPACE、BACKUP_LOCK命名空间的对象。这几种命名空间的锁主要从整体上去限制并发操作，比如在DML访问一张表时，会先申请一个该表所属SCHEMA的IX锁，避免访问过程中该SCHEMA被修改、删除。范围锁全局每种命名空间都仅有一个锁对象，从而实现全局性的并发控制。

●对象锁 (per-object locks)

除了IX锁，其他类型都可以用于其他命名空间，这部分是最常用的锁类型。主要用于对数据库的某个具体元数据的并发控制。这类锁对象会比较多，对其有独特的管理，本文不再展开说明。

5.3 两种锁类型

根据锁的兼容性、以及通用性将锁分为两类。

5.3.1互不干扰型(unobtrusive)

unobtrusive锁相互间兼容，并且适用于所有DML操作。这类锁获取后不用记录下具体哪个线程申请的，只需要记录下有多少个请求已经获得，通过锁对象下64位原子变量来计数，因此对其他连接的锁申请影响很小，表现比较低调。在64位中每种类型锁都有由固定的位范围存放加锁个数。对于scoped与per-object是不同锁对象，因此位分别设置。

scoped locks: IX(0~59位)

per-object locks: S,SH(0~19位)，SR(20~39位)， SW（40~59位）

注意分配20位的不会产生溢出，因为当前设计不会同时有超过2^20 - 1个连接。

另外，还存在三个状态指示位，用于加速锁的处理。

IS_DESTROYED: 标识锁对象将被释放。

HAS_OBTRUSIVE：标识锁对象下有obtrusive锁，新的锁申请必须进入慢速申请路径，释放锁时，也要先加锁以保护已授予锁链表。

HAS_SLOW_PATH: 标识锁对象下是否有unobtrusive锁。

5.3.2 干扰型(obtrusive)

相互间不兼容，对于DML操作不通用。此类锁的申请过程需要对锁对象的读写锁加写锁，对不同线程的锁申请影响较大，因此显的比较张扬。

scoped locks:X,S。

per-object locks:SU, SRO, SNW, SNRW, X。

5.4 加锁路径

锁的申请过程分为两种路径，1)快路径，即只需要增加锁个数计数来授予锁; 2)慢路径，需要对锁对象读写锁加写锁来授予锁。

5.4.1 快路径（fast path）

对于unobtrusive锁，可以通过快速路径来快速授予锁。但是授予锁有个前提，就是该锁对象下没有obtrusive锁，因为unobtrusive与obtrusive之间有些锁是互斥的，只有在没有obtrusive锁存在时，unobtrusive锁才彼此兼容。通过检测锁状态的HAS_OBTRUSIVE位即可快速判断。通过CAS操作即可更新锁个数，同时也会检测是否已有其他线程以张扬方式申请了锁。CAS操作成功，即申请锁成功。

5.4.2 慢路径（slow path）

对于obtrusive锁，以及当前申请unobtrusive锁，而锁对象下已经持有obtrusive锁时，需要进入慢路径申请锁，即先对锁对象下的读写锁加写锁。在当前锁对象首次进入慢路径时，设置锁状态的HAS_SLOW_PATH位。如果是首次申请obtrusive锁，则设置HAS_OBTRUSIVE位。

5.4.3 锁位图

锁对象的快速路径锁申请锁、已经授予的锁队列、正在等待锁队列都有标识其含有锁类型的锁位图，通过位图可以加快锁兼容判断速度，避免每次遍历锁队列。

5.4.4 快速路径锁物化

在申请obtrusive锁进入慢路径之前，要将当前线程通过快路径获取的锁物化，即从锁对象的锁状态计数器中减除，并放入到锁对象的已经授予锁列表中。因为锁状态计数器中只有锁个数，不区分线程。而当前线程自己申请的unobtrusive锁与obtrusive锁不冲突。物化可以确保锁状态计数器中都是其他线程申请的，这样就可以通过快速路径锁位图快速判断是否与当前申请锁兼容。