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24-Oracle 23 ai Lock-Free Reservations(无锁列值保留)

news 来源：原创 2025/6/12 20:45:47

数据库领域为了解决ACID的平衡，尝试了各种锁、各种模式，
引擎技术特性、厂家实现方式各放异彩，被各种锁折磨的小伙伴，是不是感同身受。

一、数据库锁

1. 锁的类型与特点

全局锁：锁定整个数据库实例，备份期间所有写操作阻塞，业务停滞
表级锁：锁定整张表，批量操作时并发性差（如MySQL/PostgreSQL万级TPS瓶颈）
行级锁：细粒度锁定单行，但高并发下仍存在三大致命缺陷：
- 阻塞等待：事务A未提交时，事务B需排队（如库存扣减场景）
- 死锁风险：循环等待资源（如转账场景中A等B、B等A）
- 优先级反转：低优先级事务持有锁时，高优先级事务被阻塞

2. 锁的本质矛盾

安全性与并发性不可兼得：

悲观锁 →悲观锁假设并发冲突频繁发生，因此在操作数据前立即加锁，阻止其他线程访问资源，直到当前操作完成
乐观锁 → 乐观锁假设并发冲突较少，操作数据时不加锁，仅在提交时检查数据是否被修改（冲突检测），高并发但需重试逻辑

3. 锁的分类

共享锁（S锁）

原理：允许多事务并发读取同一资源，禁止写入。

场景：高并发查询（如报表系统），配合读已提交隔离级别避免脏读。

排他锁（X锁）

原理：事务修改数据时独占资源，禁止其他事务读写。

场景：数据更新操作（如账户扣款），保障原子性。

间隙锁（Gap Lock）

原理：锁定索引记录间的空白区间，防止新数据插入。

场景：可重复读隔离级别下解决幻读（如范围查询）。

更新锁（U锁）

原理：预锁定待修改资源，避免共享锁升级为排他锁时的死锁。

场景：先读后写的复合操作（如“查询库存后扣减”）。

4. 事务的隔离级别对锁的诉求又不一样

隔离级别	锁机制	解决痛点	遗留问题
读未提交	写操作加X锁，读操作无锁	无	脏读
读已提交	写操作加X锁，读操作依赖MVCC	脏读	不可重复读
可重复读	写操作加X锁，读操作MVCC+间隙锁	不可重复读、部分幻读	未完全解决幻读
串行化	读写均加锁（表级或范围锁）	所有并发问题	并发性能极差

5. 技术特性对比

维度	Lock-Free Reservations	传统行锁	乐观锁
锁持有时间	仅提交瞬间（毫秒级）	整个事务周期	无锁但需重试
并发吞吐量	100万+ TPS（无锁竞争）	1万~10万TPS（锁竞争瓶颈）	高但重试开销大
开发复杂度	声明列属性即可	需处理死锁	需实现重试逻辑

二、Oracle 23 ai Lock-Free Reservations(无锁列值保留)

1. 原理创新：日志缓冲-原子合并

-- 声明可保留列
ALTER TABLE inv_test ADD (qty NUMBER RESERVABLE CHECK (qty >= 0));
-- 退回传统锁模式
ALTER TABLE inv_test MODIFY (qty NOT RESERVABLE);

无锁操作：对RESERVABLE列（如库存qty）的加减操作（qty = qty ± N）不锁行，而是将增量值（如-50）写入内部日志表SYS.RESV$JOURNAL
原子提交：事务提交时，日志值合并到原表，并自动校验约束（如qty >= 0），违反则回滚
数据类型：仅支持NUMBER/INTEGER/FLOAT（非数值列报错ORA-55748）
语法限制：必须使用±操作（直接赋值报错ORA-55746）。
非保留列：更新产品名称等非RESERVABLE列时仍触发行锁。

三、实战验证：高并发库存扣减测试

1. 验证脚本

SYS@CDB$ROOT> GRANT CREATE TABLESPACE TO QC;
Grant succeeded.
SYS@CDB$ROOT> GRANT CREATE SESSION TO QC;
Grant succeeded.
SYS@CDB$ROOT> GRANT ALTER TABLESPACE, DROP TABLESPACE TO QC;
Grant succeeded.
SYS@CDB$ROOT> commit;
Commit complete.
SYS@CDB$ROOT> ALTER USER QC QUOTA UNLIMITED ON users;
User QC altered.
SYS@CDB$ROOT> commit;
QC@localhost:1521/FREEPDB1> CREATE TABLESPACE inv_ts1 DATAFILE 'inv_ts1.dbf' SIZE 100M;
TABLESPACE INV_TS1 created.
SYS@CDB$ROOT> create user QC identified by Oracle_4U;
User QC created.
SYS@CDB$ROOT> GRANT CREATE TABLE, ALTER ANY TABLE TO QC;
Grant succeeded.
[oracle@OL96 ~]$ sql QC/Oracle_4U@localhost:1521/FREEPDB1;
-- --1：启用无锁列（Oracle 23ai）
CREATE TABLE inv_test (item_id     NUMBER PRIMARY KEY,qty         NUMBER RESERVABLE CHECK (qty >= 0)  -- 关键声明
);
INSERT INTO inv_test VALUES (1, 100);
COMMIT;-- --2：并发扣减（两个会话）
-- 会话1：扣减50（不提交）
UPDATE inv_test SET qty = qty - 50 WHERE item_id=1;-- 会话2：扣减30（立即执行，无阻塞！）
UPDATE inv_test SET qty = qty - 30 WHERE item_id=1;
COMMIT;
-- 会话2先提交-- 会话1提交
COMMIT;  -- 合并日志：100-50-30=20，校验通过-- --3：结果验证
SELECT * FROM inv_test;
QC@localhost:1521/FREEPDB1> SELECT * FROM inv_test;ITEM_ID    QTY
__________ ______1     20-- --4：触发约束保护（故意超扣）
UPDATE inv_test SET qty = qty - 150 WHERE item_id=1;
-- 提交时报错ORA-02290（违反CHECK约束）
QC@localhost:1521/FREEPDB1> UPDATE inv_test SET qty = qty - 150 WHERE item_id=1;Error starting at line : 1 in command -
UPDATE inv_test SET qty = qty - 150 WHERE item_id=1
Error report -
ORA-02290: check constraint (QC.SYS_C008612) violated
Help: https://docs.oracle.com/error-help/db/ora-02290/

2. 工作流程解析

成功失败事务A：扣减50日志表记录-50事务B：扣减30日志表记录-30提交时合并校验约束：100-50-30=20≥0更新原表为20自动回滚

关键创新：

- 消除行锁竞争：操作日志表无需锁定原表行

- 约束驱动安全：通过CHECK约束保证业务逻辑（如防负库存）

3. 验证要点

无阻塞：会话2无需等待会话1提交即可执行更新
约束保护：扣减后qty<0时自动回滚。
日志追溯（DBA权限）：

-- 查看-50、-30日志,Oracle 23 ai free中无此视图，DBA_EXTENDED_TXN_DETAILS，也不存在
SELECT * FROM SYS.RESV$JOURNAL WHERE table_name='inv_test';

四、适用场景和特性

1. 最佳场景

场景类型	案例	性能提升
OLTP高频更新	库存扣减（秒杀）	并发提升10倍+
金融交易	账户余额实时更新	延迟降至毫秒级
计数系统	点赞/投票计数	无锁写入