前言：
AntDB-T数据库是一款企业级通用分布式关系型数据库，而并发控制是数据库系统中最核心的概念之一，其目的是保证多个并发操作能够正确地读取和修改数据库，AntDB-T数据库实现并发控制的基本方法是使用锁来控制临界区互斥访问。
在多用户并发访问数据库时，如果没有合适的锁机制，可能会导致数据不一致等一系列潜在问题。例如，两个用户同时修改同一行数据可能会导致数据冲突或被损坏。如果使用锁，AntDB-T数据库可以确保一次只有一个用户可以修改数据，从而避免上述情况发生。为了确保复杂的事务可以安全地同时运行，AntDB-T提供了各种级别的锁来控制对各种数据对象的并发访问，使得对数据库关键部分的更改序列化。
在数据库管理系统（DBMS）中，锁是维护数据一致性和完整性的重要工具。AntDB-T数据库同样依赖于锁来确保并发操作的数据一致性和完整性。本文主要阐述AntDB-T数据库的锁的分类、常规锁概念、常规锁的设计以及应用场景。
（一）
AntDB-T数据库锁的分类
本部分主要介绍AntDB-T数据库锁的分类。AntDB-T数据库中定义了三种锁，分别是SpinLock、 LWLock和RegularLock。
l SpinLock（自旋锁）
SpinLock是最底层的锁, 它分为与机器相关的实现方法和与机器不相关的实现方法。如果机器支持TAS (test-and-set)指令集，那么AntDB-T数据库就会采用s_lock.h和s_lock.c中定义的SpinLock实现机制；但是如果机器不支持TAS指令集，那么不依赖于硬件的SpinLock的实现定义在spin.h和spin.c中，它需要用到AntDB-T数据库定义的信号量PGSemaphore。
作为一种最底层的锁，一般不直接使用SpinLock，而是利用它来实现其他锁（例如轻量级锁LWLock)。毫无疑问，依赖于硬件的SpinLock机制肯定比不依赖于硬件的SpinLock机制速度快，因为不依赖于硬件的SpinLock机制需要使用PG信号量来仿真SpinLock。
SpinLock的特点是：封锁时间很短、没有等待队列和死锁检测机制、事务结束时不会自动释放SpinLock。
l LWLock（轻量级锁）
LWLock （轻量级锁）主要提供对共享存储器的数据结构的互斥访问，它主要是保护这些共享存储器中的数据结构。LWLock有两种锁模式，一种为排他模式，另一种为共享模式。LWLock 不提供死锁检测，但LWLock 管理器在elog恢复期间被自动释放，所以持有LWLock 的期间调用elog发出错误消息不会出现LWLock 未释放的问题。
LWLock 利用SpinLock实现，当没有锁的竞争时可以很快获得或释放LWLock。当一个进程阻塞在一个LWLock上时，相当于它阻塞在一个信号量上，所以不会消耗CPU时间，等待的进程将会以先来后到的顺序被授予锁。
简单来说， LWLock 的特点是：有等待队列、无死锁检测、能自动释放锁。
l RegularLock（常规锁）
RegularLock（常规锁）指的是一般数据库事务管理中所指的锁，也简称为Lock。RegularLock（常规锁）它保护的临界区是数据库对象的操作，而不是单纯的共享内存变量或者某一个原子变量。AntDB-T数据库中的数据库对象包括表、页面、元组、事务ID等，RegularLock（常规锁）在这些对象的保护性质中就像是读写锁。
RegularLock(常规锁)由LWLock(轻量级锁)实现，其特点是：有等待队列，有死锁检测，能自动释放锁。后文主要为RegularLock(常规锁)的相关设计。
（二）
AntDB-T数据库常规锁
锁类型
锁方法：AntDB-T数据库包含两种加RegularLock（常规锁）的方法：DEFAULT_LOCKMETHOD和USER_LOCKMETHOD。前者是默认锁方法，后者为用户锁方法。AntDB-T数据库通常使用DEFAULT_LOCKMETHOD作为默认加锁方法。当然，用户也可以定义自己的锁方法，例如建议锁(Advisory Lock)就是用户创建的锁类型之一。
锁粒度：根据锁对象的不同，分为：表级锁、行级锁、页级锁等，具体如下图1所示，每个锁对象的含义如下表所示。
图1：锁对象类型
表1：锁的LOCKTAG类型及说明
锁的LOCKTAG类型 | 说明 |
LOCKTAG_RELATION | 对表进行加锁 |
LOCKTAG_RELATION_EXTEND | 在对表进行Extend操作时加锁 |
LOCKTAG_DATABASE_FROZEN_IDS | 更新数据库的FROZEN ID时，需要加锁保证只有一个backend做这个操作 |
LOCKTAG_PAGE | 对页面进行加锁 |
LOCKTAG_TUPLE | 对元组进行加锁 |
LOCKTAG_TRANSACTION | 在分配事务ID时对这个事务ID进行加锁，用于元组并发更新时做事务等待 |
LOCKTAG_VIRTUALTRANSACTION | 在没有分配事务ID的事务中，对虚拟事务ID加锁 |
LOCKTAG_SPECULATIVE_TOKEN | |
LOCKTAG_OBJECT | 对非表对象类型进行加锁 |
LOCKTAG_USERLOCK | 用户级别的锁，自定义 |
LOCKTAG_ADVISORY | 咨询锁，区别于其他锁类型 |
从上表可以看出，常规锁不仅可以对表加锁，也可以对各类对象加锁，我们平时说的表锁（表级锁）、页锁、咨询锁等等(行锁除外)，实际上都是常规锁根据不同锁定对象划分的子类。但是这里说的行锁除外， 因为AntDB-T数据库采用元组级常规锁+xmax结合的方式来实现行锁，并不是单纯用元组级常规锁来实现的。
常规锁最常用于给表加锁，表级锁：两个事务在同一时刻不能在同一个表上持有互相冲突的锁，但是可以同时持有不冲突的锁。
表2：常规锁模式说明（按排他级别从低到高排序）
序号 | 锁模式 | 说明 |
1 | AccessShareLock | SELECT命令在被引用的表上获得一个这种模式的锁。通常，任何只读取表而不修改它的查询都将获得这种锁模式 |
2 | RowShareLock | SELECT FOR UPDATE和SELECT FOR SHARE命令在目标表上取得一个这种模式的锁 （加上在被引用但没有选择FOR UPDATE/FOR SHARE的任何其他表上的ACCESS SHARE锁） |
3 | RowExclusiveLock | 命令UPDATE、DELETE和INSERT在目标表上取得这种锁模式（加上在任何其他被引用表上的ACCESS SHARE锁）。通常，这种锁模式将被任何修改表中数据的命令取得。 |
4 | ShareUpdateExclusiveLock | 由VACUUM（不带FULL）、ANALYZE、 CREATE INDEX CONCURRENTLY、REINDEX CONCURRENTLY、 CREATE STATISTICS以及某些ALTER INDEX和 ALTER TABLE的变体获得。这种模式保护一个表不受并发模式改变和VACUUM运行的影响。 |
5 | ShareLock | 由CREATE INDEX（不带CONCURRENTLY）取得。这种模式保护一个表不受并发数据改变的影响。 |
6 | ShareRowExclusiveLock | 由CREATE TRIGGER和某些形式的 ALTER TABLE所获得。这种模式保护一个表不受并发数据修改所影响，并且是自排他的，这样在一个时刻只能有一个会话持有它。 |
7 | ExclusiveLock | 由REFRESH MATERIALIZED VIEW CONCURRENTLY获得。这种模式只允许并发的ACCESS SHARE锁，即只有来自于表的读操作可以与一个持有该锁模式的事务并行处理。 |
8 | AccessExclusiveLock | ALTER TABLE、DROP TABLE、TRUNCATE、REINDEX、CLUSTER、VACUUM FULL 和 REFRESH MATERIALIZED VIEW（不带CONCURRENTLY）命令会获得。很多形式的 ALTER INDEX 和 ALTER TABLE 也在这个层面上获得锁。这也是未显式指定模式的 LOCK TABLE 命令的默认锁模式。 这种模式与所有模式的锁冲突。这种模式保持者是访问该表的唯一事务。 |
表3：常规锁冲突的锁模式（按排他级别从低到高排序）
请求的锁模式 | 已存在的锁模式 | |||||||
ACCESS SHARE | ROW SHARE | ROW EXCL. | SHARE UPDATE EXCL. | SHARE | SHARE ROW EXCL. | EXCL. | ACCESS EXCL. | |
ACCESS SHARE | X | |||||||
ROW SHARE | X | X | ||||||
ROW EXCL. | X | X | X | X | ||||
SHARE UPDATE EXCL. | X | X | X | X | X | |||
SHARE | X | X | X | X | X | |||
SHARE ROW EXCL. | X | X | X | X | X | X | ||
EXCL. | X | X | X | X | X | X | X | |
ACCESS EXCL. | X | X | X | X | X | X | X | X |
关于亚信安慧AntDB数据库
亚信安慧AntDB数据库始于2008年，在运营商的核心系统上，为全国24个省份的10亿多用户提供在线服务，具备高性能、弹性扩展、高可靠等产品特性，峰值每秒可处理百万笔电信核心交易，保障系统持续稳定运行近十年，并在通信、金融、交通、能源、物联网等行业成功商用落地。
