数据库读写锁的实现（C++）

一、基本概念

在数据库中，对某数据的两个基本操作为写和读，分布有两种锁控制：排它锁（X锁）、共享锁（S锁）。

排它锁(x锁):若事务T对数据D加X锁，则其它任何事务都不能再对D加任何类型的锁，直至T释放D上的X锁；

                 一般要求在修改数据前要向该数据加排它锁，所以排它锁又称为写锁。

共享锁(s锁):若事务T对数据D加S锁，则其它事务只能对D加S锁，而不能加X锁,直至T释放D上的S锁；

                一般要求在读取数据前要向该数据加共享锁， 所以共享锁又称读锁。

程序所收到的请求包括以下五种：Start、End、XLock、SLock、Unlock

Start：开启相应的事件请求

End：  关闭相应的事件请求

XLock： 对数据对象D添加X锁，进行写操作（当事件以对数据A加入S锁时，此时可升级为X锁）

SLock： 对数据对象D添加S锁，进行读操作

Unlock： 对数据对象D进行解锁（对数据D的X/S锁解绑，并检查等待队列）

本程序并不进行死锁检测以及死锁预防，对于等待队列采取FIFO原则进行。

二、数据结构

读写锁维护一个数据D的状态表，标记当前数据D的实时状态，锁表的信息随着事务的执行动态更新，反映当前的锁状态。

其数据结构如下图所示：

其中：mObjectList：为map结构的对象树，可方便快速查找相应对象。

        objectName：为对象数据D的名称

        curXLockTrans： 为当前写操作的事件

        waitingTransList: 为写等待队列

        shareList： 为共享集（当curXLockTrans不为空时，变为共享等待队列）

事件ID的数据结构如下：

其中：mTransId： 为map结构的事件树，可以快速的查找相应事件

　　   tranId： 为事件名称

        curLockObjList： 为此事件目前所操作的对象列表

三、源代码

本程序为所的锁管理接口，所以封装成类，方便程序调用。程序源码可以点击这里下载。

数据结构如下：

class LMer {

private:
 
    struct object
    {
        string objectName;
        string curXLockTrans;
        queue<string> waitingTransList;
        set<string> shareList;
    };

    struct transId
    {
        string   tranId;
        set<object*>  curLockObjList;
    };

    map<string, object*> mObjectList; 
    map<string, transId*> mTransId;

public:
    
    LMer(){}
    string LMer::handleInput(vector<string>& vInput);
    void LMer::handleAction(string sAction, transId* trId, object* obj, string& result);
    void LMer::diviTransID(transId* trId, object* pObj, string& result);
};

string LMer::handleInput(vector<string>& vInput)
{
    string result = "";
    //二参数输入
    if (vInput.size() == 2)
    {    //进程存在,进入下一步
        map<string, transId*>::iterator transIt = mTransId.find(vInput[1]);
        if (transIt != mTransId.end())
        {
            //是否结束事件(结束事件队列中所有事件)
            if (vInput[0] == "End")
            {
                result += "\tTransaction "+ vInput[1] +" ended\n\t\t\t";
                //解绑进程所有事物
                set<object*>::iterator obj_index;
                while(transIt->second->curLockObjList.size() != 0)
                {
                    obj_index = transIt->second->curLockObjList.begin();
                    diviTransID(transIt->second, *obj_index, result);
                }
                //清空请求事件
                mTransId.erase(transIt);
            }
        }
        else if(vInput[0] == "Start")//为start，创立进程
        {
            transId* pTransId = new transId();
            pTransId->tranId = vInput[1];
            //将此进程加入进程树中
            mTransId[vInput[1]] = pTransId;
            result += "Transaction " + vInput[1] +" started\n";
        }
    }
    else //三参数输入 
    {    //创建新操作对象
        if(mObjectList.find(vInput[2]) == mObjectList.end())
        {
            object* pObjectIndex = new object();
            pObjectIndex->objectName = vInput[2];
            pObjectIndex->curXLockTrans = "";
            mObjectList[vInput[2]] = pObjectIndex;
        }

        if (vInput[0] == "Unlock")
        {
            //解锁trans->obj
            diviTransID(mTransId[vInput[1]], mObjectList[vInput[2]], result);
        }
        else//进行常规处理（Xlock、Slock）
        {
            //进行处理
            handleAction(vInput[0], mTransId[vInput[1]], mObjectList[vInput[2]], result);
        }
    }

    return result;
}

void LMer::handleAction(string sAction, transId* trId, object* obj, string& result)
{
    //检查是否有占用
    if (sAction == "SLock")
    {
        if (obj->curXLockTrans == "")
        {
            obj->shareList.insert(trId->tranId);
            trId->curLockObjList.insert(obj);
            result += "S-Lock granted to "+ trId->tranId +"\n";
        }
        else//被占用
        {
            obj->shareList.insert(trId->tranId);
            result += "Waiting for lock (X-lock held by: "+ obj->curXLockTrans +")\n";
        }
    }
    else if(sAction == "XLock")
    {
        //未有写操作
        if (obj->curXLockTrans == "")
        {
            int shareNum = obj->shareList.size();
            if (shareNum > 1)
            {
                string sTemp = "";
                for (set<string>::iterator it_index = obj->shareList.begin();
                    it_index != obj->shareList.end(); it_index++)
                {
                    sTemp += " " + *it_index;
                }
                obj->waitingTransList.push(trId->tranId);
                result += "Waiting for lock (S-lock held by:" + sTemp + "\n";
            }
            else if (shareNum == 1)
            {
                //update
                if (*(obj->shareList.begin()) == trId->tranId)
                {
                    obj->curXLockTrans = trId->tranId;
                    obj->shareList.clear();
                    result += "Upgrade to XLock granted\n";
                }
                else
                {
                    obj->waitingTransList.push(trId->tranId);
                    result += "Waiting for lock (S-lock held by:" + *(obj->shareList.begin()) + ")\n";
                }
            }
            else if (shareNum == 0)
            {
                obj->curXLockTrans = trId->tranId;
                trId->curLockObjList.insert(obj);
                result += "XLock granted\n";
            }
        }
        else//当前存在写操作
        {
            obj->waitingTransList.push(trId->tranId);
            result += "Waiting for lock (X-lock held by: "+ obj->curXLockTrans +")\n";
        }
    }
}

void LMer::diviTransID(transId* trId, object* pObj, string& result)
{
    if(pObj->curXLockTrans != "")
    {
        //对写操作解绑
        if (pObj->curXLockTrans == trId->tranId)
        {
            pObj->curXLockTrans = "";
            trId->curLockObjList.erase(pObj);
            result += "Lock released\n\t\t\t";
        }
        else
        {
            result += "I can not find the transaction.\n\t\t\t";
        }
    }//对共享读集合解绑
    else 
    {
        set<string>::iterator shareIndex = pObj->shareList.find(trId->tranId);
        if (shareIndex != pObj->shareList.end())
        {
            pObj->shareList.erase(shareIndex);
            trId->curLockObjList.erase(pObj);
            result += "Lock released\n\t\t\t";
        }
        else
        {
            result += "I can not find the transaction.\n\t\t\t";
        }
    }
    //查看写等待队列
    if (pObj->waitingTransList.size() != 0)
    {
        pObj->curXLockTrans = pObj->waitingTransList.front();
        pObj->waitingTransList.pop();
        result += "X-Lock on "+ pObj->objectName +" granted to "+ pObj->curXLockTrans +"\n";
    }//查看共享队列
    else if (pObj->shareList.size() != 0)
    {
        string temp = "";
        for(set<string>::iterator it_index = pObj->shareList.begin();
            it_index != pObj->shareList.end(); it_index++)
        {
            temp += " " + *it_index;
        }
        result += "S-Lock on "+ pObj->objectName +" granted to "+ temp +"\n";
    }
}

四、程序运行

程序数据输入如下：

数据库读写锁的实现（C++）,古老的榕树,5-wow.com