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交叉并发方式#xff1a;在单处理机系统中#xff0c;事务的并行执行实际上是这些并行事务的并行操作轮流交叉运行 同时并发方式#xff1a;在多处理机系统中#xff0c;每个处理机可以运行一个…多用户数据库系统允许多个用户同时使用同一个数据库的数据库系统
交叉并发方式在单处理机系统中事务的并行执行实际上是这些并行事务的并行操作轮流交叉运行 同时并发方式在多处理机系统中每个处理机可以运行一个事务多个处理机可以同时运行多个事务实现多个事务真正的并行运行
并发控制机制是衡量一个数据库管理系统性能的重要标志之一
事务是并发控制的基本单位
并发控制的主要技术有封锁、时间戳、乐观控制法和多版本并发控制……
数据的不一致性
并发操作带来的数据不一致性包括丢失修改、不可重复读和读”脏“数据
丢失修改
两个事务 T1 和 T2 读入同一数据并修改T2 提交的结果破坏了 T1 提交的结果导致 T1 的修改被丢失
不可重复读
指事务 T1 读取数据后事务 T2 执行更新数据使 T1 无法再现前一次读取结果
一个事务先后两次读数据
具体情况
事务 T1 读取某一数据后事务 T2 对其进行了修改当事务 T1 再次读该数据时得到与前一次不同的值事务 T1 按一定条件从数据库中读取了某些数据记录后事务 T2 删除了其中部分记录当 T1 再次按相同条件读取数据时发现某些记录神秘地消失了事务 T1 按一定条件从数据库中读取某些数据记录后事务 T2 插入了一些记录当 T1 再次按相同条件读取数据时发现多了一些记录
2、3 有时称为幻影现象
读“脏”数据
指事务 T1 修改某一数据并将其写回磁盘事务 T2 读取同一数据后T1 由于某种原因被撤销这时被 T1 修改过地数据恢复原值T2 读到的数据与数据库中的数据不一致则 T2 读到的数据为“脏”数据即不正确的数据 产生上述三类数据不一致性的主要原因是并发操作破坏了事务的隔离性
并发控制机制是用正确的方式调度并发操作使一个用户事务的执行不受其他事务的干扰从而避免造成数据的不一致性
封锁
封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术
封锁是事务 T 在对某个数据对象操作之前先向系统发出请求对其加锁。加锁后事务 T 对该数据对象有了一定的控制在事务 T 释放它的锁之前其他事务不能更新此项数据对象
确切的控制由封锁的类型决定基本的封锁类型有排他锁X 锁和共享锁S 锁
封锁类型
排他锁又称写锁X 锁若事务 T 对数据对象 A 加上 X 锁则只允许 T 读取和修改 A其他任何事务不能再对 A 加任何类型的锁直到 T 释放 A 上的锁为止保证了其他事务在 T 释放 A 上的锁之前不能再读取和修改 A共享锁又称读锁S 锁若事务 T 对数据对象 A 加上 S 锁则事务 T 可以读 A 但不能修改 A其他事务只能再对 A 加 S 锁而不能加 X 锁直到 T 释放 A 上的 S 锁为止保证了其他事务可以读 A但在 T 释放 A 上的 S 锁之前不能对 A 做任何修改 封锁协议
一级封锁协议
内容事务 T 在修改数据 R 之前必须对其加 X 锁直到事务结束才释放
作用防止丢失修改保证事务 T 是可恢复的
二级封锁协议
内容在一级封锁协议基础上增加事务 T 在读取数据 R 之前必须先对其加 S 锁读完后即可释放 S 锁
作用防止丢失修改、防止读“脏”数据
三级封锁协议
内容在一级封锁协议的基础上增加事务 T 在读取数据 R 之前必须先对其家 S 锁直到事务结束才释放
作用防止丢失修改、防止读“脏”数据、防止不可重复读
三级协议的区别
三级协议的主要区别在于什么操作需要申请封锁何时释放锁即持锁时间
封锁协议的级别越高一致性程度越高 活锁
一直等待解锁 解决方法
避免活锁的简单方法是采用先来先服务的策略
死锁
相互等待对方解锁 解决方法
采取一定措施预防死锁的发生允许发生死锁采用一定手段定期诊断系统中有无死锁若有则解除之
死锁预防
一次封锁法
实施要求每个事务必须一次将所有要使用的数据全部加锁否则就不能继续执行
存在的问题
一次将以后要用到的全部数据加锁扩大封锁的范围降低系统的并发度数据库中数据不断变化原来不要求封锁的数据在执行过程中可能变成封锁对象很难事先精确地确定每个事务所要封锁地数据对象故只能扩大封锁范围将事务在执行过程中可能要封锁地数据对象全部加锁进一步降低并发度
顺序封锁法
实施预先对数据对象规定一个封锁顺序所有事务都按这个顺序实施封锁
存在的问题
数据库系统中封锁的数据对象极多且随数据的插入、删除等操作不断变化维护这样的资源封锁顺序非常困难成本很高事务的封锁请求可以随着事务的执行而动态决定很难事先确定每一个事务要封锁哪些对象很难按规定的顺序施加封锁
死锁的诊断与解除
数据库系统中诊断死锁的方法和操作系统类似一般使用超时法或事务等待图法
死锁的诊断
超时法
实施如果一个事务的等待时间超过了规定的时限就认为发生了死锁
存在的问题
有可能误判死锁时限若设置太长死锁发生后不能及时发生
等待图法 由事务等待图可知死锁的情况可以多种多样
死锁的解除 两段锁协议
遵守两段锁协议的一定是一个可串行化调度
不遵守两段锁协议的可能是可串行化调度也可能不是
内容
所有事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁
在对任何数据进行读、写操作之前首先要申请并获得对该数据的封锁在释放一个封锁之后事务不再申请和获得其他封锁
含义
事务分为两个阶段第一阶段是获得封锁也称为扩展阶段在这个阶段事务可以申请获得任何数据项上的任何类型的锁但不能释放任何锁第二阶段是释放锁也称为收缩阶段在这个阶段事务可以释放任何数据项上的任何类型的锁但不能再申请任何锁
事务遵守两段锁协议是可串行化调度的充分条件而不是必要条件
封锁的粒度
定义封锁对象的大小
封锁对象
逻辑单元属性值、属性值的集合、元组、关系、索引项、整个索引直至整个数据库物理单元页数据页或索引页、物理记录……
封锁粒度与系统的并发度和并发控制的开销密切相关
封锁的粒度越大数据库所能够封锁的数据单元就少并发度就越小系统开销越小反之封锁的粒度越小并发度较高系统开销越大
多粒度封锁在一个系统中同时支持多种封锁粒度供不同的事务选择
选择封锁粒度时应同时考虑封锁开销和并发度两个因素适当选择封锁粒度以求得最优的效果
多粒度封锁
定义多粒度树
多粒度树的根结点是整个数据库表示最大的数据粒度叶结点表示最小的数据粒度 多粒度封锁协议
内容允许多粒度树中的每个结点被独立地加锁对一个结点加锁意味着这个结点的所有后裔结点也被加以同样类型的锁
多粒度封锁中一个数据对象可能以两种方式封锁显式封锁和隐式封锁
显式封锁应事务的要求直接加到数据对象上的锁隐式封锁该数据对象没有被独立加锁是由于其上级结点加锁而使该数据对象加上了锁
多粒度封锁方法中显式封锁和隐式封锁的效果一样系统检查封锁冲突时不仅要检查显式加锁还要检查隐式封锁
对某个数据对象加锁系统要检查该数据对象上有无显式封锁与之冲突再检查其所有上级结点看本事务的显式封锁是否与该数据对象上的隐式封锁由于上级结点已加的封锁造成的冲突还要检查其所有下级结点看它们的显式封锁是否与本事务的隐式将加到下级结点的封锁封锁冲突
意向锁
作用数据库管理系统不需要逐个检查下一级结点的显式锁
含义如果对一个结点加意向锁则说明该结点的下层结点正在被加锁对任一结点加锁时必须先对它的上层结点加意向锁
种类意向共享锁IS 锁意向排他锁IX 锁共享意向排他锁SIX 锁
IS 锁
如果对一个数据对象加 IS 锁表示它的后裔结点拟意向加 S 锁
IX 锁
如果对一个数据对象加 IX 锁表示它的后裔结点拟意向加 X 锁
SIX 锁
如果对一个数据对象加 SIX 锁表示对它加 S 锁再加 IX 锁即 SIXSIX
例子对某个表加 SIX 锁则表示该事务要读整个表故对该表加 S 锁同时会更新个别元组故对该表加 IX 锁 具有意向锁的多粒度封锁方法提高了系统的并发度减少了加锁和解锁的开销
并发调度的可串行性
可串行化调度
定义多个事务的并发执行是正确的当且仅当其结果与按某一次序串行地执行这些事务时的结果相同
可串行性是并发事务正确调度的准则
冲突可串行化调度
冲突操作指不同的事务对同一个数据的读写操作和写写操作 不同事务的冲突操作和同一事务的两个操作是不能交换的
定义一个调度 Sc 在保证冲突操作的次序不变的情况下通过交换两个事务不冲突操作的次序得到另外一个调度 Sc 如果 Sc 是串行的称调度 Sc 为冲突可串行化的调度
若一个调度是冲突可串行化则一定是可串行化的调度 冲突可串行化调度是可串行化调度的充分条件不是必要条件
