[发明专利]一种数据库中自旋锁的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据库技术领域，尤其涉及到并发控制过程中对自旋锁的改进实现方法。

背景技术

在基于锁的事务并发控制技术中，数据库经常使用自旋锁来保护数据结构及在其上的操作。自旋锁开销极小，但是自旋锁只能保护数据结构的轻量访问，在自旋锁保护期间，不能有系统调用或系统中断，保护的时间非常短，一般只为几十个处理器周期。因为自旋锁原理简单，死锁的解决方法也很简单，通常采用固定时长的计时器对任务计时，一旦任务的计时时间到，紧接着的后续任务将直接自动解锁。正是因为这个原理，当存在多个任务竞争某一个自旋锁时，如果锁超时，则多个任务将同时认为锁超时，并各自对该自旋锁进行解锁并试图加锁，导致多个任务对同一个自旋锁加锁从而出现死锁的情况。由于存在该问题，导致自旋锁无法适应更加复杂的应用场景。

发明内容

为了扩展自旋锁的适用范围，允许任务在持锁期间进行较复杂、执行时间较为弹性的操作，本发明提供一种改进的自旋锁加锁和死锁判决方法。

本发明的技术方案为：

一种数据库中自旋锁的实现方法，其特征在于，在共享内存中存储两个全局变量，一个是自旋锁变量，另一个是ID变量，即用于产生ID值的变量，所有要使用此自旋锁的线程均要访问这两个变量，系统初始化时两个变量被初始化为0。

在加锁操作时，按如下步骤：

步骤101，用原子操作读取ID变量中的值并将其值加1；

步骤102，将第101步中获取的ID值与加锁后的状态值合成一个自旋锁变量值N，合成方法是：低位存储锁变量状态，高位存储ID值；

步骤103，以原子操作访问自旋锁变量，尝试加锁操作；

步骤104，若自旋锁状态为未占用，则加锁成功，将步骤102合成的锁变量值以原子操作存入自旋锁变量，对自旋锁变量的访问和将值存于自旋锁变量是原子的；

步骤105，若自旋锁状态为已占用，加锁不成功则进入死锁判决流程，如果未出现死锁，则处理器自旋等待，转入步骤103进行加锁尝试；如果判断出现死锁；则转入步骤106解自旋锁，并重新转入步骤103。

当加锁过程中需要判定是否发生死锁时，按如下步骤：

步骤201，将自旋锁变量的高位ID值存储于线程的一个临时变量中，记为Lhold；

步骤202，将分配给此线程的ID值与自旋锁变量已加锁状态值合成一个新自旋锁变量值N；合成方法如下：新值N低位存储锁变量状态，高位存储ID值；

步骤203，原子操作探测自旋锁变量状态值，判断是否可以加锁；

步骤204，如果自旋锁可以加锁，则将值N存于自旋锁变量，其中对自旋锁变量的探测和存储是原子的，自旋锁加锁成功并返回；

步骤205，如果自旋锁不能被加锁，处理器空转一次；对空转次数累加计数；

步骤206，如果空转次数不超过设定阈值，则转入步骤203；否则转入步骤207；

步骤207，对休眠次数累计加1，判断休眠次数是否超过设定阈值，如果超过设定阈值则转入步骤208；否则转入步骤211；

步骤208，将LHold与自旋锁加锁后状态值合成一个新自旋锁变量值Y，合成方法如下：Y的低位存储加锁后状态值，高位存储LHold值；

步骤209，原子操作比较自旋锁变量值与Y值是否相等，如果相等，则判定自旋锁死锁，并将自旋锁解锁，其中判定锁变量值与Y值相等的操作与自旋锁解锁的操作是原子的；

步骤210,重新获取自旋锁变量的高位ID值，存储于Lhold，并将休眠计数清零，线程休眠一段随机时间，转入步骤211；

步骤211，线程休眠一次，休眠一段随机时间，随机时间在1毫秒到1秒之间，并将空转次数计数清零。

本发明采用将自旋锁变量以比特为单位分为两部分，高位和低位。自旋锁变量的高位bit中存储一个标识值，记为ID。ID为一个整数，用来映射加锁的线程。当自旋锁加锁不成功并且等锁超时的时候，通过获取自旋锁变量高位ID，来判断在超时前后是否是同一个ID值存储在自旋锁变量里，如果是同一个ID，则认为此ID对应的线程已经异常退出，发生了死锁，则对自旋锁进行解锁操作。

自旋锁变量高位与低位的分配方式如下：选取低位的1bit来标识自旋锁的状态；在剩余的bit中选择若干位存储ID。ID的分配方法如下：设计一个无符号全局共享变量，取值范围与ID的范围相同，加锁线程请求自旋锁前先使用原子操作对此变量做累计加1操作，返回变量的值即为此线程要使用的ID值。由于变量累计加1操作，时间上相近的线程不会获取相同的ID，保证了ID与线程的一一映射关系。