POSTGRESQL lightweight lock 轻量级锁是什么 ？

轻量级锁这个名词经常听到，但如果问我什么是轻量级锁，这个我真的不能说不清楚，只能说根本就不知道。所以不知道的事情多了就会变得无知，今天就来了解一下什么是轻量级锁，POSTGRESQL 的轻量级锁是什么，起到什么作用。

基于当前数据库系统中的数据处理，依赖内存而非磁盘系统的特点，同时OLTP系统本身会应对大量的事务吞吐等等这些特点，导致产生一个问题，对于锁的应用是数据库产生性能瓶颈的根本点。这里就倒逼数据库系统需要在内存中使用更轻量级的锁简称 VLL 来处理在主存中的并发控制的问题。

通过使用VLL 轻量级锁,来提供更高效的资源锁定的方式，提供更高的性能，这是ligthweight lock 在数据库中需要解决的问题。

这样的定义在POSTGRESQL 中也不是例外，postgresql lightweight lock 简称 LWLocks 主要的作用也是控制内存中的数据访问。Postgresql 用于多进程的架构，采用了共享内存的方式的数据处理结构在PG中 LW锁有两类锁，shared 和 exclusive （共享和排他）锁。这与我们熟知的数据库系统的重量级锁（8种）是不同的。同时与传统的锁不同 LW 锁本身是没有死锁检测的机制，同时这类锁本身就是要保护共享内存中的数据结构。

lightweight 锁主要应用与POSTGRESQL 以下的部分

1 事务提交状态缓存部分

2 数据页缓存部分

3 子事务缓存部分

在设计和使用这些LW LOCK 的时候会根据PG 内部的模块来划分lwlock，每个模块有自己独有的LW LOCK ，通过细分 LW LOCK 满足每个模块有自己的锁，这样的设计模式便于开发和观察模块中特有的锁的使用，并持续优化加锁严重的模块的逻辑，提高性能。

通过下面的语句可以在wait_event 中找到如 wait_lwlock_named 和 wait_lwlock_tranche 类型的等待事件这就是 LW 加锁等待。

SELECT pid, wait_event_type, wait_event FROM pg_stat_activity;

我们可以从源代码中找到 lwlock 主要加锁的涉及的子模块有哪些。

在Lightweight 的锁使用中，同样也分为三个部分，加锁，释放和等待三个动作，在加锁中，通过LWLockAcquire(LWLockMode*lock, LWLockMode mode) 来获取锁，其中LWLockMode 为申请的锁的类型，包含LW_SHARED， LW_EXECLUSIVE 两种锁，在加锁是，需要把加入锁放入到等待的队列，，然后通过LWLock中的state来判断锁加入的成功与否，然后将锁从等待队列中移除，避免其他的进程获取锁的时候，还能获取到锁。如果获取锁失败，则不会等待，会直接返回无法获取锁，因为LW锁是不会判断死锁的，所以需要自旋锁的帮助，不断的重试。

举例在POSTGRESQL 的数据库结构中，在客户的进程和postmaster建立了关系后，就直接操控后端的一些操作，如wal flush，此时就需要操作wal flush 的进程就需要过去 lw 锁，进行相关的工作，其他的backend process 就需要等待lw 锁。

释放锁是通过LWLockRelease（LWLOCK * lock）来释放锁，从当前的工作的process中获取LWLockRelease 释放已经使用完的锁，并放回到锁的排队序列中，供其他的进程先进先出的进行锁的获取。

下面通过一些与POSTGRESQL 实际工作中有关的实例来说明 LW锁工作的中的一些问题和禁忌

1 WalInsertLock: 这个锁是保护 wal buffers，你能通过加大wal buffers的缓冲来提高LW这类锁工作的性能，同时如果你将 synchronous_commit 设定成OFF 的同时，虽然在事务提交的性能有较大的提升，但是会提高walinsertlock锁的压力。（这很容易理解，因为所有的日志写入原有的限制被取消，所以压力到了下一级 walinsertLock 中），同时full_page_writes= off 会降低walinsertlock的压力。

2 WalwriteLock: 这个锁是在POSTGRESQL 进程wal 数据被刷新到磁盘时候的锁，这里如果将 synchronous_commit = off 和 full_page_wirtes= off 将这两个参数设置为off后会降低这个锁的压力。（主要从两点1 写入数据延迟了，同时写入时间降低了（数据量降低了）

3 SinvalidReadLock: 这个锁主要的功能是包含sinval 的队列，shared buffer中需要对共享的读锁，以及SICleanupQueue 等进行控制，此时需要一个排它锁，通过使用LW锁来对以上的需求进行满足，当shared buffer 不足的情况下，通过pg_stat_activity 有可能会看到这个锁，说明你的shared buffer 有可能需要添加。

LW 锁本身是spin-lock的结构，同时在使用上进行了延伸，对系统内部的与内存有关的部分需要锁定的位置进行支持。同时通过发现一些系统中运行时显示的 LW 锁，对于系统运行的状态或一些压力会有所感知。

参考部分文字：

https://www.percona.com/blog/2018/10/30/postgresql-locking-part-3-lightweight-locks/

https://postgrespro.com/blog/pgsql/5968022