資料庫系列 - 4: DB Lock

這一周我們來介紹一個稍微簡單的概念—資料庫鎖（DB lock）。

介紹 & 概念

試想一下，當你和其他人同時對一張資料表進行操作時，要怎麼讓資料庫知道要保留誰的儲存？特別是當操作涉及到同一筆資料時，如何確保資料的一致性和完整性？此時最直觀的方式就是鎖起來！當一個人正在對資料表進行修改時，資料庫會對該資料表或該筆資料加鎖，直到該用戶的操作完成並釋放鎖，而其他人在這段時間內不能對該資料進行修改。當第一個人完成操作並釋放鎖後，下一個用戶才能獲得鎖並進行操作。這樣便可以防止資料競爭和不一致的情況發生。

因此我們可以很簡單的理解到，DB lock 的本質就是防止多個請求同時對同一張表進行訪問，無論是讀取還是寫入。通過適當的鎖定機制，資料庫可以確保資料的完整性和一致性，並提高系統的穩定性和可靠性。

鎖的類型

• 排他鎖（Exclusive Lock）: 又稱為「寫鎖」，其他請求無法讀取或寫入。
• 共享鎖（Shared Lock）: 又稱為「讀鎖」，其他請求可以讀取、無法寫入。
• 意向鎖（Intention Lock）: 用來協調不同層次的鎖。
• 自動鎖（Implicit Lock）: 由資料庫系統自動管理，通常會自動獲得和釋放。
• 顯式鎖（Explicit Lock）: 由請求或應用程式顯式請求和釋放，通常使用SQL語句（如 LOCK TABLE）來操作。
• 行鎖定（Row Lock）：這是一種細粒度的鎖定，用於鎖定資料表中的特定行，因此可以提高併發時的性能。
• 表鎖定（Table Lock）：這是一種粗粒度的鎖定，用於鎖定整個資料表，會降低併發時的性能。

鎖的優點

優點應該很明顯，就是我前面有提到的保持數據一致性與完整性~

鎖的缺點之一 — 鎖競爭

鎖競爭是指當多個請求同時嘗試訪問相同資源時，因為鎖的存在而出現的資源競爭現象。這種情況會導致等待操作被延遲，進而影響整體的執行效率。

造成鎖競爭的原因主要有以下四種：

• 高併發：當系統同時接收大量請求時，會導致處理能力不足，從而引發鎖競爭。大量請求需要爭奪有限的鎖資源，導致等待時間增加。
• 不當的鎖粒度：如果鎖的粒度過大，例如在只需要修改單條資料的情況下使用了表鎖而非行級鎖，就會造成不必要的競爭。合適的鎖粒度應該根據實際需求來選擇，以最小化鎖的範圍。
• 長時間持有鎖：某些操作可能需要較長時間來完成，這會長時間佔據鎖資源。長時間持有鎖會導致其他請求的等待時間增加，甚至可能引發死鎖。
• 不必要的鎖：有些操作實際上不需要加鎖。例如，某些讀取操作可能不會改變數據狀態，此時加鎖可能會引起不必要的鎖競爭。

鎖的缺點之二 — 鎖等待與死鎖

所謂的鎖等待，就是在一個請求持有某個鎖時，若它需要另一個鎖，則會進入等待狀態，直到該鎖被釋放。而所謂的死鎖，就是指兩個或多個請求互相握有對方所需要的鎖，導致每個請求都無法進一步執行，最終使得整個系統處於卡住的狀態。

舉例來說，假設有兩個請求：

• 請求A：正在處理資料表A，擁有A鎖，待會需要處理資料表B。
• 請求B：正在處理資料表B，擁有B鎖，待會需要處理資料表A。

在這種情況下，請求A需要等待請求B釋放資料表B的鎖，而請求B則需要等待請求A釋放資料表A的鎖。因為兩個請求都在等待對方釋放鎖，導致彼此無法繼續進行下去，形成了死鎖。

**需要特別注意的是，**死鎖不僅僅是由兩個請求引起的，它也可能涉及三個或更多的請求，每個請求都持有其他請求所需的鎖。這種情況下，整個系統可能會陷入更複雜的死鎖狀態。

希望閱讀完這篇文章的你可以對資料庫所有更深的了解喔~

參考資料

1. https://www.mysql.tw/2023/05/mysql-lock.html#google_vignette