Sqlite学习笔记(五)&&SQLite封锁机制

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概述

     SQLite虽然是一个轻量的嵌入式数据库，但这并不影响它支持事务。所谓支持事务，即需要在并发环境下，保持事务的ACID特性。事务的原子性，隔离性都需要通过并发控制来保证。那么Sqlite的并发控制是怎样的，如何实现，在这里跟大家分享下我的理解。

     SQLite是一个文件数据库，所有的数据都在一个db文件中，对于wal模式，还包含wal索引文件和wal日志文件。SQlite支持库级并发，即允许多个读事务同时运行，同一时刻最多只有一个写事务，读写冲突，相对于传统的DBMS支持表级，行级甚至MVCC，SQLite的库级并发确实显得比较寒碜。但是锁粒度越细，意味着维护锁的成本越高，系统也会越复杂，因此SQLite的封锁机制要简单很多，对资源的消耗也非常少。SQLite 3.7版本后，对并发控制做了优化，推出了WAL日志模式，可以实现读写并发，但同一个时刻仍然只能有一个写事务。由于SQLite的实现方式，SQLite只支持两种隔离级别，串行化和读未提交。读未提交，就是读全程不上锁；串行化在事务开启时上读锁，上锁和释放锁同样遵守两阶段锁协议，在事务提交或回滚时才释放锁。

文件锁

     要说清楚SQLite锁实现机制，首先要了解文件锁，因为SQLite所有锁实现都是基于文件锁。对于Linux系统，文件锁主要包含两类，协同锁和强制锁，协同锁类似于互斥量，需要参与者都遵守游戏规则，在操作文件前，都先上锁，而强制锁由OS内核强制实行。协同锁根据锁粒度分为文件级别和范围级别。锁文件是最简单的对文件加锁的方法，每个需要加锁的数据文件都有一个锁文件（lock file）。当锁文件存在时，就认为该数据文件已经被加锁，别的进程不应该访问。当锁不存在，进程就可以创建一个锁文件，然后访问相应的数据文件。只要创建锁的过程是原子的，就能保证某一时刻只有一个进程拥有该锁，这种方法保证某一时刻只有一个进程访问文件。文件锁的弊端显而易见，并发粒度太低。范围锁相对于文件锁，可以锁文件的一部分内容，并且有读锁和写锁。对于同一部分内容，读锁可以共存，读锁和写锁互斥。POSIX标准提供接口fcntl()来实现。

锁类型   

       SQLite中的锁正是利用了范围锁来实现并发控制的目的。SQLite中主要包含了4种锁：共享锁(SHARED_LOCK)、保留锁(RESERVED_LOCK)、未决锁(PENDING_LOCK)和排它锁(EXCLUSIVE_LOCK)，这4种锁定义了3个区域，其中共享锁和排它锁占用文件相同的区域。具体而言，SQLite定义了文件的以下区域为锁文件区域，由于fcntl可以对不存在的文件区域加锁，因此 PENDING_BYTE定位在区域1G的地方，即使DB文件没这么大也不影响。三种类型的锁，分别在1G，1G+1，1G+2的偏移处，之所以SHARED_SIZE长度是510，原因在于windows环境下，LockFile()加锁区域不能重叠(Linux没有这种问题)，对于同一个字节上锁会影响并发，因此设置了一个范围，对SHARED_FIRST—SHARED_FIRST+ SHARED_SIZE范围内的随机数进行加锁，这样可以减少冲突，保证高效的读取文件。具体锁类别和说明参见表1 

                                                       表1

      从各个锁的作用来看，不免会疑问，为啥要加上RESERVED_LOCK和PENDING_LOCK两种类型，直接通过共享锁和排它锁不就可以达到读读共享，读写互斥的目的了吗。这里引入这Reserved锁的目的是为了提高并发。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。Pending锁的作用主要是为了防止写饿死的情况，写事务获取Pending锁后，新的读事务无法再进来，然后再加EXCLUSIVE锁，这样写事务获取锁的几率大大提高，读写事务的流程如下表2，状态变迁图如图1。

                                                       表2

                                         图1

Wal锁类型

      引入WAL机制后，SQLite开始支持读写并发。WAL模式下，写事务不需要操作DB文件，只需要操作WAL日志文件，并且以append方式追加；读事务读取DB文件和已提交事务的WAL日志，DB文件和WAL日志文件分别有自己的锁，不冲突，因此读写可以并发。WAL日志锁实质是锁wal-index文件的区域，根据不同的锁类型，将wal-index文件的不同区域划定义成不同的锁，主要有读锁，写锁，检查点锁，具体如表3

                                                  表3

调试

     SQLite通过几个宏定义可以打印语句执行的锁信息，方便大家了解语句执行中加了哪些锁，什么时候加的，什么时候释放的，以及如何处理锁冲突。具体的宏包括SQLITE_LOCK_TRACE，SQLITE_FORCE_OS_TRACE，和SQLITE_DEBUG，具体可以在代码中查看宏定义的注释。

gcc sqlite3.c -g -lpthread -ldl -fPIC -shared -DSQLITE_TEST -DSQLITE_DEBUG -DSQLITE_LOCK_TRACE -DSQLITE_FORCE_OS_TRACE -o libsqlite3.so

参考文档

http://my.oschina.net/u/587236/blog/129022

http://www.cnblogs.com/hustcat/archive/2009/03/01/1400757.html

Sqlite学习笔记(五)&&SQLite封锁机制

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原文地址：http://www.cnblogs.com/cchust/p/4761814.html