PostgreSQL之并发控制
PostgreSQL为开发者提供了一组丰富的工具来管理对数据的并发访问。在内部，数据一致性通过使用一种多版本模型（多版本并发控制，MVCC）来维护。这就意味着每个 SQL 语句看到的都只是一小段时间之前的数据快照（一个数据库版本），而不管底层数据的当前状态。这样可以保护语句不会看到可能由其他在相同数据行上执行更新的并发事务造成的不一致数据，为每一个数据库会话提供事务隔离。MVCC避免了传统的数据库系统的锁定方法，将锁争夺最小化来允许多用户环境中的合理性能。
使用MVCC并发控制模型而不是锁定的主要优点是在MVCC中，对查询（读）数据的锁请求与写数据的锁请求不冲突，所以读不会阻塞写，而写也从不阻塞读。甚至在通过使用革新的可序列化快照隔离（SSI）级别提供最严格的事务隔离级别时，PostgreSQL也维持这个保证。
事务隔离
| 隔离级别 | 脏读 | 不可重复读 | 幻读 | 序列化异常 |
|---|---|---|---|---|
| 读未提交 | 允许，但不在 PG 中 | 可能 | 可能 | 可能 |
| 读已提交 | 不可能 | 可能 | 可能 | 可能 |
| 可重复读 | 不可能 | 不可能 | 允许，但不在 PG 中 | 可能 |
| 可序列化 | 不可能 | 不可能 | 不可能 | 不可能 |
- 脏读：一个事务读取了另一个并行未提交事务写入的数据。
- 不可重复读：一个事务重新读取之前读取过的数据，发现该数据已经被另一个事务（在初始读之后提交）修改。
- 幻读：一个事务重新执行一个返回符合一个搜索条件的行集合的查询， 发现满足条件的行集合因为另一个最近提交的事务而发生了改变。
- 序列化异常：成功提交一组事务的结果与这些事务所有可能的串行执行结果都不一致。
读已提交隔离级别
读已提交是PostgreSQL中的默认隔离级别。 当一个事务运行使用这个隔离级别时， 一个查询（没有FOR UPDATE/SHARE子句）只能看到查询开始之前已经被提交的数据， 而无法看到未提交的数据或在查询执行期间其它事务提交的数据。实际上，SELECT查询看到的是一个在查询开始运行的瞬间该数据库的一个快照。不过SELECT可以看见在它自身事务中之前执行的更新的效果，即使它们还没有被提交。还要注意的是，即使在同一个事务里两个相邻的SELECT命令可能看到不同的数据， 因为其它事务可能会在第一个SELECT开始和第二个SELECT开始之间提交。
可重复读隔离级别
可重复读隔离级别只看到在事务开始之前被提交的数据；它从来看不到未提交的数据或者并行事务在本事务执行期间提交的修改（不过，查询能够看见在它的事务中之前执行的更新，即使它们还没有被提交）。
这个级别与读已提交不同之处在于，一个可重复读事务中的查询可以看见在事务中第一个非事务控制语句开始时的一个快照，而不是事务中当前语句开始时的快照。因此，在一个单一事务中的后续SELECT命令看到的是相同的数据，即它们看不到其他事务在本事务启动后提交的修改。
可序列化隔离级别
可序列化隔离级别提供了最严格的事务隔离。这个级别为所有已提交事务模拟序列事务执行；就好像事务被按照序列一个接着另一个被执行，而不是并行地被执行。
显式锁定
PostgreSQL提供了多种锁模式用于控制对表中数据的并发访问。 这些模式可以用于在MVCC无法给出期望行为的情境中由应用控制的锁。
pg_locks
视图pg_locks提供了数据库服务器上活动进程中保持的锁的信息。
| 名称 | 类型 | 引用 | 描述 |
|---|---|---|---|
locktype |
text |
可锁对象的类型： relation， extend， page， tuple， transactionid， virtualxid， object， userlock或 advisory |
|
database |
oid |
|
锁目标存在的数据库的OID，如果目标是一个共享对象则为0，如果目标是一个事务ID则为空 |
relation |
oid |
|
作为锁目标的关系的OID，如果目标不是一个关系或者只是关系的一部分则此列为空 |
page |
integer |
作为锁目标的页在关系中的页号，如果目标不是一个关系页或元组则此列为空 | |
tuple |
smallint |
作为锁目标的元组在页中的元组号，如果目标不是一个元组则此列为空 | |
virtualxid |
text |
作为锁目标的事务虚拟ID，如果目标不是一个虚拟事务ID则此列为空 | |
transactionid |
xid |
作为锁目标的事务ID，如果目标不是一个事务ID则此列为空ID | |
classid |
oid |
|
包含锁目标的系统目录的OID，如果目标不是一个普通数据库对象则此列为空 |
objid |
oid |
任意OID列 | 锁目标在它的系统目录中的OID，如果目标不是一个普通数据库对象则为空 |
objsubid |
smallint |
锁的目标列号（classid和objid指表本身），如果目标是某种其他普通数据库对象则此列为0，如果目标不是一个普通数据库对象则此列为空 |
|
virtualtransaction |
text |
保持这个锁或者正在等待这个锁的事务的虚拟ID | |
pid |
integer |
保持这个锁或者正在等待这个锁的服务器进程的PID，如果此锁被一个预备事务所持有则此列为空 | |
mode |
text |
此进程已持有或者希望持有的锁模式 | |
granted |
boolean |
如果锁已授予则为真，如果锁被等待则为假 | |
fastpath |
boolean |
如果锁通过快速路径获得则为真，通过主锁表获得则为假 |
表级锁
冲突的锁模式：
| 请求的锁模式 | 当前的锁模式 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ACCESS SHARE | ROW SHARE | ROW EXCLUSIVE | SHARE UPDATE EXCLUSIVE | SHARE | SHARE ROW EXCLUSIVE | EXCLUSIVE | ACCESS EXCLUSIVE | |
| ACCESS SHARE | X | |||||||
| ROW SHARE | X | X | ||||||
| ROW EXCLUSIVE | X | X | X | X | ||||
| SHARE UPDATE EXCLUSIVE | X | X | X | X | X | |||
| SHARE | X | X | X | X | X | |||
| SHARE ROW EXCLUSIVE | X | X | X | X | X | X | ||
| EXCLUSIVE | X | X | X | X | X | X | X | |
| ACCESS EXCLUSIVE | X | X | X | X | X | X | X | X |
- ACCESS SHARE：只与ACCESS EXCLUSIVE锁模式冲突。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。
- ROW SHARE：与EXCLUSIVE和ACCESS EXCLUSIVE锁模式冲突。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）。
- ROW EXCLUSIVE：与SHARE、SHARE ROW EXCLUSIVE、EXCLUSIVE和ACCESS EXCLUSIVE锁模式冲突。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。
- SHARE UPDATE EXCLUSIVE：与SHARE UPDATE EXCLUSIVE、SHARE、SHARE ROW EXCLUSIVE、EXCLUSIVE和ACCESS EXCLUSIVE锁模式冲突。这种模式保护一个表不受并发模式改变和VACUUM运行的影响。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(完整的详细请参考ALTER INDEX 和ALTER TABLE)。
- SHARE：与ROW EXCLUSIVE、SHARE UPDATE EXCLUSIVE、SHARE ROW EXCLUSIVE、EXCLUSIVE和ACCESS EXCLUSIVE锁模式冲突。这种模式保护一个表不受并发数据改变的影响。由CREATE INDEX（不带CONCURRENTLY）取得。
- SHARE ROW EXCLUSIVE：与ROW EXCLUSIVE、SHARE UPDATE EXCLUSIVE、SHARE、SHARE ROW EXCLUSIVE、EXCLUSIVE和ACCESS EXCLUSIVE锁模式冲突。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。由CREATE TRIGGER和某些形式的 ALTER TABLE所获得（见 ALTER TABLE）。
- EXCLUSIVE：与ROW SHARE、ROW EXCLUSIVE、SHARE UPDATE EXCLUSIVE、SHARE、SHARE ROW EXCLUSIVE、EXCLUSIVE和ACCESS EXCLUSIVE锁模式冲突。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。由REFRESH MATERIALIZED VIEW CONCURRENTLY获得。
- ACCESS EXCLUSIVE：与所有模式的锁冲突（ACCESS SHARE、ROW SHARE、ROW EXCLUSIVE、SHARE UPDATE EXCLUSIVE、SHARE、SHARE ROW EXCLUSIVE、EXCLUSIVE和ACCESS EXCLUSIVE）。这种模式保证持有者是访问该表的唯一事务。由ALTER TABLE、DROP TABLE、TRUNCATE、REINDEX、CLUSTER、VACUUM FULL和REFRESH MATERIALIZED VIEW（不带CONCURRENTLY）命令获取。 很多形式的ALTER INDEX和ALTER TABLE也在这个层面上获得锁（见ALTER TABLE）。这也是未显式指定模式的LOCK TABLE命令的默认锁模式。
行级锁
冲突的行级锁
| 要求的锁模式 | 当前的锁模式 | |||
|---|---|---|---|---|
| FOR KEY SHARE | FOR SHARE | FOR NO KEY UPDATE | FOR UPDATE | |
| FOR KEY SHARE | X | |||
| FOR SHARE | X | X | ||
| FOR NO KEY UPDATE | X | X | X | |
| FOR UPDATE | X | X | X | X |
- FOR UPDATE：FOR UPDATE会导致由SELECT语句检索到的行被锁定，就好像它们要被更新。这可以阻止它们被其他事务锁定、修改或者删除，一直到当前事务结束。也就是说其他尝试UPDATE、DELETE、SELECT FOR UPDATE、SELECT FOR NO KEY UPDATE、SELECT FOR SHARE或者SELECT FOR KEY SHARE这些行的事务将被阻塞，直到当前事务结束。反过来，SELECT FOR UPDATE将等待已经在相同行上运行以上这些命令的并发事务，并且接着锁定并且返回被更新的行（或者没有行，因为行可能已被删除）。不过，在一个REPEATABLE READ或SERIALIZABLE事务中，如果一个要被锁定的行在事务开始后被更改，将会抛出一个错误。任何在一行上的DELETE命令也会获得FOR UPDATE锁模式，在某些列上修改值的UPDATE也会获得该锁模式。当前UPDATE情况中被考虑的列集合是那些具有能用于外键的唯一索引的列（所以部分索引和表达式索引不被考虑），但是这种要求未来有可能会改变。
- FOR NO KEY UPDATE：行为与FOR UPDATE类似，不过获得的锁较弱，这种锁将不会阻塞尝试在相同行上获得锁的SELECT FOR KEY SHARE命令。任何不获取FOR UPDATE锁的UPDATE也会获得这种锁模式。
- FOR SHARE：行为与FOR NO KEY UPDATE类似，不过它在每个检索到的行上获得一个共享锁而不是排他锁。一个共享锁会阻塞其他事务在这些行上执行UPDATE、DELETE、SELECT FOR UPDATE或者SELECT FOR NO KEY UPDATE，但是它不会阻止它们执行SELECT FOR SHARE或者SELECT FOR KEY SHARE。
- FOR KEY SHARE：行为与FOR SHARE类似，不过锁较弱：SELECT FOR UPDATE会被阻塞，但是SELECT FOR NO KEY UPDATE不会被阻塞。一个键共享锁会阻塞其他事务执行修改键值的DELETE或者UPDATE，但不会阻塞其他UPDATE，也不会阻止SELECT FOR NO KEY UPDATE、SELECT FOR SHARE或者SELECT FOR KEY SHARE。
