PostgreSQL 事务与并发系列 · 第三期

锁机制与死锁处理实战

前两期我们深入了 MVCC 与快照隔离，知道了“读不阻塞写”。但有些场景必须靠锁来强制串行化。本期将带你掌握 PostgreSQL 中各类锁的用法、冲突关系、死锁成因与排查，并提供生产环境可用的监控脚本。

一、为什么有了 MVCC 还需要锁？

MVCC 主要解决了 读写冲突（读不阻塞写，写不阻塞读），但它无法解决 写写冲突 以及某些需要“绝对最新数据”的场景。

例如：

两个事务同时对同一行执行 UPDATE，必须有一个先等另一个完成，否则更新会相互覆盖。
业务上要求“先查询余额，余额足够才扣款”，如果不用锁就可能出现超卖。

因此，PostgreSQL 在 MVCC 之上仍然保留了完善的锁机制，包括表级锁、行级锁，以及用于应用层协调的咨询锁。

二、表级锁

表级锁由 PostgreSQL 内核自动管理，但你可以通过 LOCK 命令显式指定。表级锁按照冲突程度从低到高排列如下：

锁模式	关键字	冲突对象	典型场景
ACCESS SHARE	`ACCESS SHARE`	仅与 `ACCESS EXCLUSIVE` 冲突	`SELECT` 查询自动加此锁
ROW SHARE	`ROW SHARE`	与 `EXCLUSIVE`、`ACCESS EXCLUSIVE` 冲突	`SELECT FOR UPDATE/SHARE`
ROW EXCLUSIVE	`ROW EXCLUSIVE`	与 `SHARE`、`SHARE ROW EXCLUSIVE`、`EXCLUSIVE`、`ACCESS EXCLUSIVE` 冲突	`UPDATE`、`DELETE`、`INSERT`
SHARE UPDATE EXCLUSIVE	`SHARE UPDATE EXCLUSIVE`	与 `SHARE UPDATE EXCLUSIVE`、`SHARE`、`SHARE ROW EXCLUSIVE`、`EXCLUSIVE`、`ACCESS EXCLUSIVE` 冲突	`VACUUM`、`CREATE INDEX CONCURRENTLY`
SHARE	`SHARE`	与 `ROW EXCLUSIVE`、`SHARE UPDATE EXCLUSIVE`、`SHARE ROW EXCLUSIVE`、`EXCLUSIVE`、`ACCESS EXCLUSIVE` 冲突	保护表结构不被修改，但允许读
SHARE ROW EXCLUSIVE	`SHARE ROW EXCLUSIVE`	与 `ROW EXCLUSIVE`、`SHARE UPDATE EXCLUSIVE`、`SHARE`、`SHARE ROW EXCLUSIVE`、`EXCLUSIVE`、`ACCESS EXCLUSIVE` 冲突	较少直接使用，类似保护整个表
EXCLUSIVE	`EXCLUSIVE`	与 `ROW SHARE`、`ROW EXCLUSIVE`、`SHARE UPDATE EXCLUSIVE`、`SHARE`、`SHARE ROW EXCLUSIVE`、`EXCLUSIVE`、`ACCESS EXCLUSIVE` 冲突	允许读但阻止所有写和并发锁
ACCESS EXCLUSIVE	`ACCESS EXCLUSIVE`	与所有锁模式冲突	`DROP TABLE`、`TRUNCATE`、`REINDEX`、`VACUUM FULL`、`ALTER TABLE` 等

查看当前表级锁

SELECT relation::regclass AS table_name, 
       mode, 
       granted,
       pid
FROM pg_locks
WHERE locktype = 'relation'
  AND relation IS NOT NULL;

显式加锁示例

-- 防止其他事务对表进行 DDL 操作，但允许普通查询
LOCK TABLE my_table IN SHARE MODE;

-- 禁止任何并发写入，但允许读取
LOCK TABLE my_table IN EXCLUSIVE MODE;

-- 完全排他（用于维护）
LOCK TABLE my_table IN ACCESS EXCLUSIVE MODE;

三、行级锁

行级锁不会锁整个表，而是锁住特定的行版本。它们也是通过 pg_locks 查看，locktype 为 tuple（旧版本）或 transactionid（行锁本质关联事务）。更直观的是通过 SELECT ... FOR UPDATE/SHARE 来加锁。

行锁模式	关键字	冲突（与另一个行锁）	说明
FOR KEY SHARE	`FOR KEY SHARE`	与 `FOR UPDATE`、`FOR NO KEY UPDATE` 冲突，但与 `FOR SHARE`、`FOR KEY SHARE` 兼容	只阻止键的更新（外键检查常用）
FOR SHARE	`FOR SHARE`	与 `FOR UPDATE`、`FOR NO KEY UPDATE` 冲突，与 `FOR SHARE`、`FOR KEY SHARE` 兼容	共享锁，防止被更新或删除
FOR NO KEY UPDATE	`FOR NO KEY UPDATE`	与 `FOR UPDATE` 冲突，与 `FOR NO KEY UPDATE`、`FOR SHARE`、`FOR KEY SHARE` 兼容	更新非键列时自动加此锁
FOR UPDATE	`FOR UPDATE`	与所有其他行锁冲突	排他锁，禁止其他任何并发修改或加锁

典型用法

-- 锁定选中的行，防止其他事务更新/删除，直到事务结束
BEGIN;
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 FOR UPDATE;
-- 此时可以安全地基于当前余额做逻辑
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
COMMIT;

-- 共享模式：只阻止更新或删除，但不阻止其他事务加共享锁
SELECT * FROM accounts WHERE id = 1 FOR SHARE;

SKIP LOCKED 与 NOWAIT

NOWAIT：无法立即获得锁时立即报错，而不等待。
SKIP LOCKED：跳过已经被其他事务锁定的行，只返回未锁定的行。非常适合任务队列（多个 worker 抢任务）。

-- 从任务表中取一条未锁定的任务
SELECT * FROM jobs WHERE status = 'pending'
ORDER BY created_at LIMIT 1
FOR UPDATE SKIP LOCKED;

四、咨询锁（Advisory Locks）

咨询锁是一种应用层逻辑锁，完全由应用程序负责获取和释放，不绑定具体的表或行。可用于跨进程协调、防止并发执行同一段业务逻辑。

-- 获取一个会话级别的咨询锁（整型键）
SELECT pg_advisory_lock(12345);

-- 尝试获取，如果拿不到就跳过
SELECT pg_try_advisory_lock(12345);

-- 释放
SELECT pg_advisory_unlock(12345);

-- 事务级别的咨询锁，随事务自动释放
SELECT pg_advisory_xact_lock(12345);

典型场景：定时任务防止重叠执行、消息队列去重、分布式计数等。

五、死锁：成因与检测

5.1 死锁示例

时间	事务 A	事务 B
T1	`BEGIN;`	`BEGIN;`
T2	`UPDATE accounts SET balance=balance-100 WHERE id=1;` （获得 id=1 的行锁）
T3		`UPDATE accounts SET balance=balance+100 WHERE id=2;` （获得 id=2 的行锁）
T4	`UPDATE accounts SET balance=balance+100 WHERE id=2;` （等待事务 B 释放 id=2 的锁）
T5		`UPDATE accounts SET balance=balance-100 WHERE id=1;` （等待事务 A 释放 id=1 的锁）

此时互相等待 ⇒ 死锁。

5.2 PostgreSQL 的死锁检测

PostgreSQL 有一个后台进程 deadlock_timeout（默认 1 秒），每隔这么长时间检查一次锁等待图。如果发现循环依赖，就选择一个事务作为牺牲品，回滚它并释放锁，同时返回错误：

ERROR: deadlock detected

5.3 如何定位死锁原因

查看 PostgreSQL 日志（设置 log_lock_waits = on，死锁会被详细记录）。
查询当前锁等待情况：

-- 查看当前阻塞与被阻塞的会话
SELECT blocked_locks.pid     AS blocked_pid,
       blocked_activity.query AS blocked_query,
       blocking_locks.pid     AS blocking_pid,
       blocking_activity.query AS blocking_query
FROM pg_catalog.pg_locks blocked_locks
JOIN pg_catalog.pg_stat_activity blocked_activity ON blocked_activity.pid = blocked_locks.pid
JOIN pg_catalog.pg_locks blocking_locks ON blocking_locks.locktype = blocked_locks.locktype
  AND blocking_locks.relation = blocked_locks.relation
  AND blocking_locks.page = blocked_locks.page
  AND blocking_locks.tuple = blocked_locks.tuple
  AND blocking_locks.virtualxid = blocked_locks.virtualxid
  AND blocking_locks.transactionid = blocked_locks.transactionid
  AND blocking_locks.classid = blocked_locks.classid
  AND blocking_locks.objid = blocked_locks.objid
  AND blocking_locks.objsubid = blocked_locks.objsubid
  AND blocking_locks.pid != blocked_locks.pid
JOIN pg_catalog.pg_stat_activity blocking_activity ON blocking_activity.pid = blocking_locks.pid
WHERE NOT blocked_locks.granted;

更简洁的视图（可考虑用 pg_blocking_pids(pid) 函数）:

SELECT pid, 
       usename, 
       state, 
       query,
       pg_blocking_pids(pid) AS blocked_by
FROM pg_stat_activity
WHERE cardinality(pg_blocking_pids(pid)) > 0;

5.4 避免死锁的最佳实践

统一访问顺序：如果多个事务需要更新多张表或多行，按相同的顺序加锁（例如总是先锁 id=1 再锁 id=2）。
尽可能缩短事务：不要在事务中做耗时的业务逻辑或等待用户交互。
使用 NOWAIT：如果不能立即获得锁，就让事务快速失败并重试，而不是等待造成死锁风险。
适当使用 SKIP LOCKED：对于任务队列类应用，完全避免锁冲突。
索引设计：确保 WHERE 条件能准确命中索引，避免表级锁升级（例如缺失索引会导致行锁升级为表锁的误解？实际上 PostgreSQL 行锁不会自动升级，但是缺少索引会导致锁定更多行，增加死锁概率）。

六、综合排查脚本示例

6.1 找出持有行锁却长时间不提交的事务

SELECT pid, 
       now() - xact_start AS duration,
       state,
       query
FROM pg_stat_activity
WHERE pid IN (
    SELECT pid FROM pg_locks WHERE locktype = 'transactionid')
  AND state != 'idle'
ORDER BY duration DESC;

6.2 强制终止阻塞的事务

-- 先查看 pid
SELECT pid, query, state FROM pg_stat_activity WHERE state = 'active' AND ...;
-- 终止（会回滚事务）
SELECT pg_terminate_backend(pid);

6.3 监控死锁发生频率（从日志解析）

如果你启用了 log_lock_waits = on 并设置了 deadlock_timeout，可以从 PostgreSQL 日志（默认在 pg_log 目录）中搜索 deadlock detected。

七、总结与下期预告

本期我们完整解读了 PostgreSQL 的锁体系：

表级锁冲突矩阵与自动加锁行为
行级锁（FOR UPDATE/SHARE）及其与 MVCC 的配合
咨询锁的应用场景
死锁的成因、检测机制和避免策略
实用的锁监控和终止脚本

掌握了这些，你已经可以应对绝大多数并发冲突场景。

第四期预告：事务隔离级别深度测试与序列化异常

深入分析 READ COMMITTED、REPEATABLE READ、SERIALIZABLE 的行为边界
什么是序列化异常？PostgreSQL 如何通过 SSI（可串行化快照隔离）检测？
实战再现：幻读、写偏斜（Write Skew）的复现与规避
应用层如何选择合适的隔离级别

第四期将带你从理论走向实战调优，敬请期待！

有任何锁相关的疑难杂症（比如锁等待迟迟不释放、死锁频繁出现），欢迎留言区交流，我们下期见！