30 锁机制

在上一篇中，我们深入探讨了 PostgreSQL 中的事务，了解到事务是如何保证数据库操作的原子性、一致性、隔离性和持久性的（即 ACID 属性）。本章节将重点讨论数据库中的锁机制，这是并发控制的重要组成部分，能够有效管理多个事务对相同数据的访问和修改。

1. 锁的基本概念

在数据库中，锁用于控制对共享资源的访问，确保在任何时刻，只有一个事务可以对某个特定资源进行修改。锁机制的主要目标是防止数据的不一致性，避免“脏读”，“不可重复读”和“幻读”现象的发生。

1.1 锁的类型

PostgreSQL 提供了以下几种锁类型：

• 行级锁：仅锁定特定的行，允许其他事务访问相同表中的其他行。
• 表级锁：锁定整个表，其他事务无法访问该表（读或写）。
• 共享锁：允许其他事务也获得共享锁，适合读取数据时使用。
• 排他锁：在一个事务持有排他锁的情况下，其他事务不能获取任何类型的锁，仅允许这个事务对资源进行写操作。

2. 行级锁的实现

对于多数情况，行级锁是 PostgreSQL 中最常用的锁类型。当一个事务对某一行进行修改时，PostgreSQL 会自动为该行申请一个排他锁。在此期间，其他事务将无法修改该行，但可以读取它。

2.1 示例：行级锁

考虑以下示例，我们有一个用户表 users：

CREATE TABLE users (
    id SERIAL PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100),
    balance NUMERIC
);

假设我们需要对某个用户的余额进行修改：

BEGIN;

-- 事务 1
UPDATE users SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;

-- 在这个事务未提交之前，其他事务无法更新 id = 1 的用户

现在，如果另一个事务试图更新同一行：

BEGIN;

-- 事务 2
UPDATE users SET balance = balance + 50 WHERE id = 1;
-- 此时，事务 2 会等待，直到事务 1 提交或回滚

3. 表级锁的使用场景

在某些情况下，当您执行操作需要对整个表进行更改时，表级锁可能更为合适。例如，您可能需要在进行批量更新或删除时锁定整个表以确保数据的完整性。

3.1 示例：表级锁

假设我们要进行完整的数据转移，您可以使用如下命令：

BEGIN;

LOCK TABLE users IN ACCESS EXCLUSIVE MODE;

-- 执行一些需要操作整个表的代码
DELETE FROM users WHERE balance < 0;

COMMIT;

在获取表级锁后，其他事务必须等待该锁释放，当前事务完成之后，其他事务才能继续执行。

4. 死锁的处理

由于锁机制的使用，可能会发生死锁。死锁是指两个或多个事务相互等待对方释放自己所持有的锁，从而导致所有相关事务都无法进行。

4.1 示例：死锁的情境

考虑两个事务 T1 和 T2：

• T1 锁定了资源 A，想要获取资源 B
• T2 锁定了资源 B，想要获取资源 A

这就导致了死锁的情况。PostgreSQL 有内置的死锁检测机制，它会自动检测死锁并终止其中一个事务，以解除这种死锁状态。

5. 锁的监视

PostgreSQL 提供了视图来监视锁状态，可以使用以下查询来检查当前的锁：

SELECT * FROM pg_locks;

以上语句将返回当前数据库中的所有活动锁的信息。

总结

在本章中，我们详细讨论了 PostgreSQL 的锁机制，包括行级锁和表级锁的实现，以及如何处理死锁问题。锁机制是保持数据库一致性的关键工具，理解并合理地应用这些锁将极大地提升你的数据库操作的可靠性与效率。

在下一章中，我们将讨论备份与恢复的策略，了解如何保护您的数据以应对潜在的数据丢失情况。