mongo锁机制简介

拿破仑

人生因为有美，所以注定是悲剧

背景

锁机制要解决的是并发请求下资源分配的问题，对于数据库来说，就是并发的读写。锁机制要处理两个问题，一个是最基本的，要保证写的原子性，否则会在并发情况下产生混乱。另一个是提高并发效率。

锁的类型

锁加在被请求的资源上，用于标明资源当前的状态。从能否被多个用户共享的角度来说，锁有两种类型：用于读的共享锁（S）和用于写的排它锁（X）。

每一个对资源的请求，都需要首先确保请求的资源上有相应的锁。比如对某个文档的读请求，要先给它加上用于读的S锁，被S锁住的资源不能再加上X锁，确保读的过程中资源不会被改写。同时这个S锁本身是共享的，它锁住的资源可以被其他并发的读请求获取。而写锁是排他的，同一个资源的写锁，只能被单个的请求持有。这种机制即保证了写的原子性（X锁排他），又保证了读的并发性（S锁共享）。

上面这种处理并发的方式，叫做 悲观并发控制 （pessimistic concurrency control），也叫 悲观锁 。每一个读写请求都要检查相应的锁，有了对应的锁才进行后续操作，严格的杜绝了数据的混乱。同时悲观锁的代价是要消耗CPU资源去做锁相关的操作，请求可能会互相阻塞，甚至发生死锁。比如两个写请求A和B同时请求a、b两个资源。如果A给a加上了锁，还没给b加上锁；B给b加上了锁，还没有给a加上锁，就会导致死锁。

锁的粒度

随着mongo版本的迭代，锁的粒度越来越精细。对于mongo3.0之后的默认引擎WiredTiger，锁的粒度最小是文档级别的。对于MMAPv1存储引擎最小粒度的锁是表级别的，对一个表的读写操作会锁住整个表，即使这个操作只涉及了少数几条记录。一般来说，锁的粒度越大，越不容易产生死锁，锁的控制就会越简单。同时带来的代价是并发性能变差。

上面锁的粒度是从空间上来说的，从时间粒度上，悲观锁是在读写操作的整个过程上加了锁。整个读或者写的过程上是互相阻塞的。很自然的，如果减少时间维度上锁的粒度，会带来并发上的好处。

比如，只给”写入“的步骤加锁，改成下面这种方式：

但是，这样会产生两个问题：

读写冲突：读操作没有了S锁，读的过程中有可能数据部分被修改，发生脏读；
写写冲突：写操作的读和处理阶段，其他的写操作会修改数据

对于第二个问题，写操作写入时，可以做一个校验，确保从读开始没有其他写操作修改相应数据。如果有了修改，就重新执行整个写操作。这样就减少了资源被锁住的时间，成本是多个写操作修改相同数据时，有可能会发生多次重试。对于读多写少，写冲突少的情况，这种交换是合适的。这种并发处理机制称为 乐观并发控制 （optimistic concurrency control），也叫 乐观锁 。和悲观锁相比，通过增加校验和重试机制，放弃了在整个过程上加锁。

对于第一个问题，一种解决方法是保留数据的历史版本（MVCC），读的是数据的历史版本，写入时创建新的数据版本。

mongodb的WiredTiger引擎对大多数读写操作使用的是乐观锁，同时使用了MVCC。

锁的调度和让渡

mongodb的锁是公平的，所有的请求会排队获取相应的锁。但是mongodb为了优化吞吐量，在执行某个请求时，会同时执行和它相容的其他请求。比如一个请求队列需要的锁如下，执行IS请求的同时，会同时执行和它相容的其他S和IS请求。等这一批请求的S锁释放后，再执行X锁的请求。

IS → IS → X → X → S → IS

这种处理机制保证了在相对公平的前提下，提高了吞吐量，不会让某一类请求长时间的等待。

对于长时间的读或者写操作，某些条件下，mongodb会临时的让渡锁，以防止长时间的阻塞。

常用操作与锁

insert：库级别的意向读锁(r)，表级别的意向读锁(r)，文档级别的读锁(R)

update：库级别的意向写锁(w)，表级别的意向写锁(w)，文档级别的写锁(W)

foreground方式创建索引：库级别的写锁(W)

background方式创建索引：库级别的意向写锁(w)，表级别的意向写锁(w)

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锁的调度和让渡

常用操作与锁

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