データベースにおけるロックとラッチの違い：同時アクセス制御の徹底解説

本記事では、プログラミング初心者にも分かりやすく、ロックとラッチの違いを徹底解説します。

ロックとは？ データの排他制御を担う番人

ロックは、データベース内のデータオブジェクト（行、表、インデックスなど）へのアクセスを排他的に制御する仕組みです。あるトランザクションがデータをロックを獲得すると、他のトランザクションはそのデータを読み書きできなくなります。ロックは、データの整合性を守るために必須の機能です。

ロックの種類

ロックには、以下の種類があります。

• 排他ロック (Exclusive lock): 特定のトランザクションだけがデータを排他的に読み書きできます。他のトランザクションはアクセス不可となります。
• 共有ロック (Shared lock): 複数のトランザクションが同時にデータを読み込みのみ可能です。書き込みは許可されません。

ロックの取得と解放

トランザクションは、LOCKコマンドを使ってロックを取得し、UNLOCKコマンドでロックを解放します。ロックは、明示的に解放されない限り、トランザクションがコミットまたはロールバックされるまで保持されます。

ロックの粒度

ロックは、データオブジェクトの粒度によって分類されます。

• 行ロック: 個々の行をロックします。最も細かい粒度のロックです。
• 表ロック: 表全体をロックします。行ロックよりも粒度の粗いロックです。
• データベースロック: データベース全体をロックします。最も粒度の粗いロックです。

ロックの利点

• データの整合性を確実に保 can
• 予期せぬデータ更新による競合を防止 can

• ロックの取得・解放処理がオーバーヘッドとなる可能性がある
• ロック競合が発生すると、パフォーマンスが低下する可能性がある

ラッチとは？ 短時間のデータ保護メカニズム

ラッチは、データベース内の共有リソース（ページ、リストなど）へのアクセスを協調的に制御する仕組みです。ラッチは、短時間のデータ保護に適しており、ロックよりも軽量な処理で動作します。

ラッチの種類

• 共有ラッチ: 複数のトランザクションが同時にリソースにアクセスできます。
• 排他ラッチ: 特定のトランザクションだけがリソースに排他的にアクセスできます。

ラッチは、ロックとは異なり、明示的に取得・解放する必要はありません。トランザクションがリソースにアクセスすると自動的に取得され、アクセス終了時に自動的に解放されます。

ラッチの粒度

ラッチは、データオブジェクトではなく、共有リソースに対して取得されます。

• ページラッチ: データページへのアクセスを制御します。
• リストラッチ: リスト構造へのアクセスを制御します。
• テーブルラッチ: 表全体へのアクセスを制御します。

ラッチの利点

• ロックよりも軽量な処理で動作するため、オーバーヘッドが少ない
• ロック競合が発生しにくいため、パフォーマンスの低下が少ない

• 短時間の保護にのみ適しており、長時間保持には向かない
• データの整合性を厳密には保証できない

ロックとラッチを使い分けるポイント

ロックとラッチは、それぞれ異なる特性を持つため、状況に応じて使い分けることが重要です。

• 排他アクセスが必要な場合: 排他ロックを使用します。
• 短時間のデータ保護が必要な場合: ラッチを使用します。
• デッドロックのリスクが高い場合: ラッチを使用します。

-- Start a transaction
BEGIN TRANSACTION;

-- Read the current balance of an account
SELECT balance FROM accounts WHERE account_id = 1;

-- Update the balance by adding a deposit
UPDATE accounts
SET balance = balance + 100
WHERE account_id = 1;

-- Commit the transaction
COMMIT;

In this example, the SELECT statement acquires a shared lock on the balance column, allowing it to read the current balance. The UPDATE statement acquires an exclusive lock on the same column, preventing other transactions from reading or modifying the balance while it is being updated. This ensures that the balance is updated consistently.

Example 2: Using latches for short-term data protection

-- Start a transaction
BEGIN TRANSACTION;

-- Read a row from a table
SELECT * FROM customers WHERE customer_id = 1;

-- Perform some processing on the customer data

-- Update the customer's address
UPDATE customers
SET address = 'New Address'
WHERE customer_id = 1;

-- Commit the transaction
COMMIT;

In this example, the SELECT statement acquires a latch on the customer row, allowing it to read the customer data. The latch is automatically released when the transaction commits, ensuring that other transactions can quickly access the same row. This approach is suitable for short-term data protection, as latches are less restrictive than locks.

These examples provide a simplified illustration of how locks and latches are used in database systems. The specific implementation and usage may vary depending on the database platform and programming language.

Granularity of Locking and Latching:

The granularity of locking and latching mechanisms refers to the level of data they protect. Finer granularity provides more precise control but can introduce overhead, while coarser granularity reduces overhead but may lead to more contention.

Lock Compatibility Modes:

Different lock compatibility modes determine how multiple transactions can interact with data protected by locks.

Deadlock Prevention:

Deadlocks occur when two or more transactions are waiting for each other's locks to be released, creating a circular dependency that prevents any transaction from completing.

Application-Level Locking:

In addition to database-level locking, applications can implement their own locking mechanisms to control data access within their code. This can be useful for fine-grained synchronization and coordination between application components.

Performance Considerations:

The choice between locks and latches, as well as the specific locking and latching strategies, should be made based on the application's workload characteristics and performance requirements.