android 多线程数据库读写分析与优化
tsolin 2015-03-18
原文:http://blog.csdn.net/lize1988/article/details/9700723
最新需要给软件做数据库读写方面的优化，之前无论读写，都是用一个 SQLiteOpenHelper.getWriteableDataBase() 来操作数据库，现在需要多线程并发读写，项目用的是2.2的SDK。
android 的数据库系统用的是sqlite ，sqlite的每一个数据库其实都是一个.db文件，它的同步锁也就精确到数据库级了，不能跟别的数据库有表锁，行锁。
所以对写实在有要求的，可以使用多个数据库文件。
哎，这数据库在多线程并发读写方面本身就挺操蛋的。
下面分析一下不同情况下，在同一个数据库文件上操作，sqlite的表现。
测试程序在2.2虚拟手机，4.2.1虚拟手机，4.2.1真手机上跑。
1，多线程写，使用一个SQLiteOpenHelper。也就保证了多线程使用一个SQLiteDatabase。
先看看相关的源码
//SQLiteDatabase.java
public long insertWithOnConflict(String table, String nullColumnHack,
ContentValues initialValues, int conflictAlgorithm) {
if (!isOpen()) {
throw new IllegalStateException("database not open");
}
.... 省略
lock();
SQLiteStatement statement = null;
try {
statement = compileStatement(sql.toString());
// Bind the values
if (entrySet != null) {
int size = entrySet.size();
Iterator<Map.Entry<String, Object>> entriesIter = entrySet.iterator();
for (int i = 0; i < size; i++) {
Map.Entry<String, Object> entry = entriesIter.next();
DatabaseUtils.bindObjectToProgram(statement, i + 1, entry.getValue());
}
}
// Run the program and then cleanup
statement.execute();
long insertedRowId = lastInsertRow();
if (insertedRowId == -1) {
Log.e(TAG, "Error inserting " + initialValues + " using " + sql);
} else {
if (Config.LOGD && Log.isLoggable(TAG, Log.VERBOSE)) {
Log.v(TAG, "Inserting row " + insertedRowId + " from "
+ initialValues + " using " + sql);
}
}
return insertedRowId;
} catch (SQLiteDatabaseCorruptException e) {
onCorruption();
throw e;
} finally {
if (statement != null) {
statement.close();
}
unlock();
}
} //SQLiteDatabase.java
private final ReentrantLock mLock = new ReentrantLock(true);
/* package */ void lock() {
if (!mLockingEnabled) return;
mLock.lock();
if (SQLiteDebug.DEBUG_LOCK_TIME_TRACKING) {
if (mLock.getHoldCount() == 1) {
// Use elapsed real-time since the CPU may sleep when waiting for IO
mLockAcquiredWallTime = SystemClock.elapsedRealtime();
mLockAcquiredThreadTime = Debug.threadCpuTimeNanos();
}
}
} 通过源码可以知道，在执行插入时，会请求SQLiteDatabase对象的成员对象 mlock 的锁，来保证插入不会并发执行。
经测试不会引发异常。
但是我们可以通过使用多个SQLiteDatabase对象同时插入，来绕过这个锁。
2，多线程写，使用多个SQLiteOpenHelper，插入时可能引发异常,导致插入错误。
E/Database(1471): android.database.sqlite.SQLiteException: error code 5: database is locked08-01
E/Database(1471): at android.database.sqlite.SQLiteStatement.native_execute(Native Method)
E/Database(1471): at android.database.sqlite.SQLiteStatement.execute(SQLiteStatement.java:55)
E/Database(1471): at android.database.sqlite.SQLiteDatabase.insertWithOnConflict(SQLiteDatabase.java:1549)
多线程写，每个线程使用一个SQLiteOpenHelper，也就使得每个线程使用一个SQLiteDatabase对象。多个线程同时执行insert, 最后调用到本地方法 SQLiteStatement.native_execute
抛出异常,可见android 框架，多线程写数据库的本地方法里没有同步锁保护，并发写会抛出异常。
所以，多线程写必须使用同一个SQLiteOpenHelper对象。
3，多线程读
看SQLiteDatabase的源码可以知道，insert , update , execSQL 都会 调用lock(), 乍一看唯有query 没有调用lock()。可是。。。
仔细看，发现
最后，查询结果是一个SQLiteCursor对象。
SQLiteCursor保存了查询条件，但是并没有立即执行查询，而是使用了lazy的策略，在需要时加载部分数据。
在加载数据时，调用了SQLiteQuery的fillWindow方法，而该方法依然会调用SQLiteDatabase.lock()
/**
* Reads rows into a buffer. This method acquires the database lock.
*
* @param window The window to fill into
* @return number of total rows in the query
*/
/* package */ int fillWindow(CursorWindow window,
int maxRead, int lastPos) {
long timeStart = SystemClock.uptimeMillis();
mDatabase.lock();
mDatabase.logTimeStat(mSql, timeStart, SQLiteDatabase.GET_LOCK_LOG_PREFIX);
try {
acquireReference();
try {
window.acquireReference();
// if the start pos is not equal to 0, then most likely window is
// too small for the data set, loading by another thread
// is not safe in this situation. the native code will ignore maxRead
int numRows = native_fill_window(window, window.getStartPosition(), mOffsetIndex,
maxRead, lastPos);
// Logging
if (SQLiteDebug.DEBUG_SQL_STATEMENTS) {
Log.d(TAG, "fillWindow(): " + mSql);
}
mDatabase.logTimeStat(mSql, timeStart);
return numRows;
} catch (IllegalStateException e){
// simply ignore it
return 0;
} catch (SQLiteDatabaseCorruptException e) {
mDatabase.onCorruption();
throw e;
} finally {
window.releaseReference();
}
} finally {
releaseReference();
mDatabase.unlock();
}
} 所以想要多线程读，读之间没有同步锁，也得每个线程使用各自的SQLiteOpenHelper对象，经测试，没有问题。
4，多线程读写
我们最终想要达到的目的，是多线程并发读写
多线程写之前已经知道结果了，同一时间只能有一个写。
多线程读可以并发
所以，使用下面的策略：
一个线程写，多个线程同时读，每个线程都用各自SQLiteOpenHelper。
这样，在java层，所有线程之间都不会锁住，也就是说，写与读之间不会锁，读与读之间也不会锁。
发现有插入异常。
E/SQLiteDatabase(18263): Error inserting descreption=InsertThread#01375493606407
E/SQLiteDatabase(18263): android.database.sqlite.SQLiteDatabaseLockedException: database is locked (code 5)
E/SQLiteDatabase(18263): at android.database.sqlite.SQLiteConnection.nativeExecuteForLastInsertedRowId(Native Method)
插入异常，说明在有线程读的时候写数据库，会抛出异常。
分析源码可以知道， SQLiteOpenHelper.getReadableDatabase() 不见得获得的就是只读SQLiteDatabase 。
// SQLiteOpenHelper.java
public synchronized SQLiteDatabase getReadableDatabase() {
if (mDatabase != null && mDatabase.isOpen()) {
<span style="color:#FF0000;"> return mDatabase;</span> // The database is already open for business
}
if (mIsInitializing) {
throw new IllegalStateException("getReadableDatabase called recursively");
}
try {
return getWritableDatabase();
} catch (SQLiteException e) {
if (mName == null) throw e; // Can't open a temp database read-only!
Log.e(TAG, "Couldn't open " + mName + " for writing (will try read-only):", e);
}
SQLiteDatabase db = null;
try {
mIsInitializing = true;
String path = mContext.getDatabasePath(mName).getPath();
db = SQLiteDatabase.openDatabase(path, mFactory, SQLiteDatabase.OPEN_READONLY);
if (db.getVersion() != mNewVersion) {
throw new SQLiteException("Can't upgrade read-only database from version " +
db.getVersion() + " to " + mNewVersion + ": " + path);
}
onOpen(db);
Log.w(TAG, "Opened " + mName + " in read-only mode");
mDatabase = db;
return mDatabase;
} finally {
mIsInitializing = false;
if (db != null && db != mDatabase) db.close();
}
} 因为它先看有没有已经创建的SQLiteDatabase，没有的话先尝试创建读写 SQLiteDatabase ，失败后才尝试创建只读SQLiteDatabase 。
所以写了个新方法，来获得只读SQLiteDatabase
//DbHelper.java
//DbHelper extends SQLiteOpenHelper
public SQLiteDatabase getOnlyReadDatabase() {
try{
getWritableDatabase(); //保证数据库版本最新
}catch(SQLiteException e){
Log.e(TAG, "Couldn't open " + mName + " for writing (will try read-only):",e);
}
SQLiteDatabase db = null;
try {
String path = mContext.getDatabasePath(mName).getPath();
db = SQLiteDatabase.openDatabase(path, mFactory, SQLiteDatabase.OPEN_READONLY);
if (db.getVersion() != mNewVersion) {
throw new SQLiteException("Can't upgrade read-only database from version " +
db.getVersion() + " to " + mNewVersion + ": " + path);
}
onOpen(db);
readOnlyDbs.add(db);
return db;
} finally {
}
} 使用策略：一个线程写，多个线程同时读，只用一个SQLiteOpenHelper,读线程使用自己写的getOnlyReadDatabase()方法获得只读。
但是经过测试，还是会抛出异常，2.2上只有插入异常，4.1.2上甚至还有读异常。
4.1.2上测试，读异常。
E/SQLiteLog(18263): (5) database is locked
W/dalvikvm(18263): threadid=21: thread exiting with uncaught exception (group=0x41e2c300)
E/AndroidRuntime(18263): FATAL EXCEPTION: onlyReadThread#8
E/AndroidRuntime(18263): android.database.sqlite.SQLiteDatabaseLockedException: database is locked (code 5): , while compiling: SELECT * FROM test_t
看来此路不同啊。
其实SQLiteDataBase 在API 11 多了一个 属性 ENABLE_WRITE_AHEAD_LOGGING。
可以打，enableWriteAheadLogging()，可以关闭disableWriteAheadLogging()，默认是关闭的。
这个属性是什么意思呢？
参考api文档，这个属性关闭时，不允许读，写同时进行，通过 锁 来保证。
当打开时，它允许一个写线程与多个读线程同时在一个SQLiteDatabase上起作用。实现原理是写操作其实是在一个单独的文件，不是原数据库文件。所以写在执行时，不会影响读操作，读操作读的是原数据文件，是写操作开始之前的内容。
在写操作执行成功后，会把修改合并会原数据库文件。此时读操作才能读到修改后的内容。但是这样将花费更多的内存。
有了它，多线程读写问题就解决了，可惜只能在API 11 以上使用。
所以只能判断sdk版本，如果3.0以上，就打开这个属性
public DbHelper(Context context , boolean enableWAL) {
this(context, DEFAULT_DB_NAME, null, DEFAULT_VERSION);
if( enableWAL && Build.VERSION.SDK_INT >= 11){
getWritableDatabase().enableWriteAheadLogging();
}
}
关于SQLiteDatabase的这个属性，参考api文档，也可以看看SQLiteSession.java里对多线程数据库读写的描述。
结论
想要多线程并发读写，3.0以下就不要想了，3.0以上，直接设置enableWriteAheadLogging()就ok。
如果还是达不到要求，就使用多个db文件吧。
另：
单位有一个三星 note2手机，上面所有的例子跑起来都啥问题也没有。。。。很好很强大。
最后，附上我的测试程序。
https://github.com/zebulon988/SqliteTest.git
