mongoTemplate行锁 mongo 锁

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墨染青衫 2024-03-19 19:05:21

文章标签 mongoTemplate行锁 mongodb 数据库加锁 Database 文章分类 机器学习人工智能

date: 2020-08-03 22:05:01

MongoDB代码内部还有锁的机制来避免并发冲突，MongoDB中有4种锁的类型，分别是：

MODE_IS : Intent shared，意向读锁
MODE_IX : Intent exclusive，意向写锁
MODE_S : Shared，读锁
MODE_X : Exclusive，写锁

下面是这4种锁的互斥矩阵：

/**
 * LockMode compatibility matrix.
 *
 * This matrix answers the question, "Is a lock request with mode 'Requested Mode' compatible with
 * an existing lock held in mode 'Granted Mode'?"
 *
 * | Requested Mode |                      Granted Mode                     |
 * |----------------|:------------:|:-------:|:--------:|:------:|:--------:|
 * |                |  MODE_NONE   | MODE_IS |  MODE_IX | MODE_S |  MODE_X  |
 * | MODE_IS        |      +       |    +    |     +    |    +   |          |
 * | MODE_IX        |      +       |    +    |     +    |        |          |
 * | MODE_S         |      +       |    +    |          |    +   |          |
 * | MODE_X         |      +       |         |          |        |          |
 */

对于同一个对象进行并发控制，具备读(S)/写(X)锁2个概念即可以解决。MongoDB 为了更好的管理不同层次之间锁的互斥关系，引入了意向读(IS)/意向写(IX)锁。

比如一个集合正在进行前台创建索引，是不可以进行其他写操作的，这是因为前台创建索引会给集合增加一个 X锁，而写操作在操作文档之前会先尝试给集合增加一个 IX锁，X锁和 IX锁是不共存的，所以无法进行写入操作。

来看下获取 Collection 对象时的流程（代码中在 AutoGetCollection 中完成）：在获取 Collection 对象之前需要先获取一个 Database 对象，然后对 Collection 加指定锁。而在获取 Database 对象前会先加一个 Global级别的意向锁，随后对 Database 加锁。

也就是说，在对对象操作之前，需要按照 Collection -> Database -> Global 递归的向上加锁后，才会在下级进行加锁操作。

对 Global 加锁前，有2个依赖的 ticket 获取

如果 FlowControlTicketholder(4.2新增的流控机制) 开启，且当前为写操作，那么会首先从 FlowControlTicketholder 获取一个 ticket（该 ticket 受同步延迟影响）

void LockerImpl::getFlowControlTicket(OperationContext* opCtx, LockMode lockMode) {
    auto ticketholder = FlowControlTicketholder::get(opCtx);
    if (ticketholder && lockMode == LockMode::MODE_IX && _clientState.load() == kInactive &&
        opCtx->shouldParticipateInFlowControl() && !_uninterruptibleLocksRequested) {
        _clientState.store(kQueuedWriter);
        ticketholder->getTicket(opCtx, &_flowControlStats);
    }
}

从 TicketHolder 拿到一个 ticket，这个 ticket 主要是存储引擎传递过来可以并发操作的数量，以 wiredTiger 为例，读写并发数均为 128。随后先标记为 queue 状态，再 waitForTicket() ，如果 ticket 充足，则即刻获取到锁（waitForTicket()立即完成），进入 active 状态，否则会一直在 waitForTicket() 中。

bool LockerImpl::_acquireTicket(OperationContext* opCtx, LockMode mode, Date_t deadline) {
    const bool reader = isSharedLockMode(mode);
    auto holder = shouldAcquireTicket() ? ticketHolders[mode] : nullptr;
    if (holder) {
        _clientState.store(reader ? kQueuedReader : kQueuedWriter);
        OperationContext* interruptible = _uninterruptibleLocksRequested ? nullptr : opCtx;
        if (deadline == Date_t::max()) {
            holder->waitForTicket(interruptible);
        } else if (!holder->waitForTicketUntil(interruptible, deadline)) {
            return false;
        }
        restoreStateOnErrorGuard.dismiss();
    }
    _clientState.store(reader ? kActiveReader : kActiveWriter);
    return true;
}

具体加锁流程

对 Global / Database / Collection 具体的加锁，则是通过 LockerImpl::lockBegin() / LockerImpl::lockComplete() 来完成的。

lockBegin() 则会根据 ResourceId 及 lockMode 来判断是否有锁冲突，如果有锁冲突，那么会进入 waiting 的状态
lockComplete() 则会一直等待 lock的状态，直到加锁成功。

lockBegin() & lockComplete() 过程中还会对 acquireCount、acquireWaitCount、timeAcquiringMicros计数。

代码逻辑就不贴了，借助如下的基本结构及定义可以大致理解一下加锁过程：

首先锁是要加在Resource上的，以 ResourceId 来标识，ResourceId分为2部分，ResourceType & namespace。可以看到Global、PBWM、RSTL的 Resource 都只有一个 ResourceId，所以 ns使用了1，而其他的Database、Collection则会根据ns的不同有不同的lock。
实际加锁的时候，也是根据 LockConflictsTable 中的冲突关系来进行校验，判断是否可以直接加锁成功

// src/mongo/db/concurrency/lock_state.cpp
// Hardcoded resource IDs.
const ResourceId resourceIdLocalDB = ResourceId(RESOURCE_DATABASE, StringData("local"));
const ResourceId resourceIdOplog = ResourceId(RESOURCE_COLLECTION, StringData("local.oplog.rs"));
const ResourceId resourceIdAdminDB = ResourceId(RESOURCE_DATABASE, StringData("admin"));
const ResourceId resourceIdGlobal = ResourceId(RESOURCE_GLOBAL, 1ULL);
const ResourceId resourceIdParallelBatchWriterMode = ResourceId(RESOURCE_PBWM, 1ULL);
const ResourceId resourceIdReplicationStateTransitionLock = ResourceId(RESOURCE_RSTL, 1ULL);

// src/mongo/db/concurrency/lock_manager_defs.h
enum ResourceType {
    RESOURCE_INVALID = 0,
    /** Parallel batch writer mode lock */
    RESOURCE_PBWM,
    /** Replication state transition lock. */
    RESOURCE_RSTL,
    /**  Used for global exclusive operations */
    RESOURCE_GLOBAL,
    /** Generic resources, used for multi-granularity locking, together with the above locks */
    RESOURCE_DATABASE,
    RESOURCE_COLLECTION,
    RESOURCE_METADATA,
    /** Resource type used for locking general resources not related to the storage hierarchy. */
    RESOURCE_MUTEX,
    /** Counts the rest. Always insert new resource types above this entry. */
    ResourceTypesCount
};

// src/mongo/db/concurrency/lock_manager.cpp
static const int LockConflictsTable[] = {
    // MODE_NONE
    0,
    // MODE_IS
    (1 << MODE_X),
    // MODE_IX
    (1 << MODE_S) | (1 << MODE_X),
    // MODE_S
    (1 << MODE_IX) | (1 << MODE_X),
    // MODE_X
    (1 << MODE_S) | (1 << MODE_X) | (1 << MODE_IS) | (1 << MODE_IX),
};

参考：