第十一章-并发控制

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11章 并发数据

• 了解并发需要先了解的概念：
  • 1.数据库是一个可以共享资源，可以多用户同时使用一个数据库，该数据库称为多用户数据库，如订票系统、银行系统
  • 2.多事务执行方式：

    • 1.事务串行执行 ：
      务执行完在执行下一个事务 – 缺点资源浪费
      

      2.交叉并发方式 ：
      在单处理机系统中，事务的并行事务是提供交叉运行，如T1事务去读数据A，读需要耗时，T2事务就开始运行，T1读完又去执行T1下面的操作，遇到T1等待又去执行T2，以此类推
      

      3.同时并发方式：– 了解，该书不详讲
      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，实现多个事务自正的并发

10.1并发控制概念:

• 事务是并发控制的基本单位，并发控制机制任务是：

  • 1.并发操作进行正确的调度(正确的调各并发的事务)
    2.保证事务的隔离性(保证事务在执行的过程中不能被其它的事务打扰)
    3.保证数据库的一致性(刚读A数据为1，马上A就变成2，这就不一致了)

•  为什么需要并发控制：并发时又多个事务在执行，如果没有正确的调度，调度事务就会打架，产生数据混乱

• 用记号R(x)标识读数据x，W(x)表示写数据x　

• 案例1飞机卖票-并发操作带来的不一致性：

  • 售票窗口(T1事务)和售票窗口(T2事务),并发去访问数据库中的票数余额A=16，如果T1和T2都，
    卖出去一张票，都A-1=15，然后写回数据库，因为T1和T2都执行了A-1=15，所以明明是卖出去两张，实际卖出去了一张

• 说明：

  • 1.案例1的情况称为数据库的不一致性，是由并发产生的
    2.T1和T2的存在顺序的调度是随机的
    3.并发操作带来的数据不一致性包括：丢失数据、不可重复度、读’脏’数据

• 1.丢失数据：

  • T1和T2事务，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数据丢失，如售票案例

  • 

•  2.不可重复读：

  • T1读取数据A=15，T2对A进行更改，T1在去读的时候就读不到上一次的结果

  • 不可重复读分三种情况，1.读取值不一致、2.数据消失、3.多出数据(2和3称为幻影现象)：

    • 1.读取不一致：T1和T2读A=15，T2更改A，T1在去校对重读A，就与第一次读取的值不一致
      2.数据消失：T1按照条件查找到数据，T2删除了其中部分的数据，T1在按同样的数据去读取时，发现数据就消失了
      3.多出数据：T1按照条件查找到数据，T2插入了一些的数据，T1在按同样的数据去读取时，发现多了一些数据

  • 

• 3.读“脏”数据：

  • 读“脏”数据表达读到不正确的数据　　　　 

  • T1读取数据A=15，并修改为99，T2读取数据A=99，当T1撤销修改操作，A改回15，那么T2读的就是“脏”数据，因为和数据库的数据不一致

  • 

• 说明：

  • 1.以上的3类不一致主要原因就是并且操作破坏了事务的隔离性
    2.并发操作要正确的方式调度，使一个事务的执行不受其它事务的影响，避免造成数据的不一致(某些情况下可以数据不一致，这种情况是因为影响不大)
    3.并发的主要技术：封锁、时间戳、乐观控制法、多版本并发控制

11.2 封锁:

• 1.什么是封锁：
  • 封锁是实现并发控制的一个非常重要技术

    • 封锁就是事务T1在等某个数据对象(如表、记录)操作之前，先向系统发生请求，对其加锁。加锁后T1对该
      数据对象就有了一定的控制，在事务T1释放锁之前，其它事务不能更新该数据对象

• 2.基本的封锁类型：

  • 一个事务对数据对象加锁后拥有什么样的控制是由封锁的类型决定
    基本的封锁类型：排它锁(简称：x锁)、共享锁(简称：s锁)　　

  • 2.1.排它锁：
    • 排它锁 — 又称写锁

    • 理解：当某个事务T1，给数据对象A加上x锁后，只有T1可以进行读取和修改，
      其它的事务就不能在对A加任何类型的锁，只到T1释放A上的锁，这样不就保证了，
      T1释放A上的锁时，不被其它事务所干扰

  • 2.2.共享锁：

    • 排它锁 — 又称读锁

    • 理解：当某个事务T1，给数据对象A加上s锁后，T1可以进行读取但不能进行修改，
      其它事务可以在对A加上s锁，但不能加x锁，直到T1释放了锁，这样就保证了，
      在其它事务都可以读A，都不能修改A，保证了数据一致

  • 2.3 锁的相容钜陈：

    • 

• 3.细节：

  • 封锁 也可以叫 加锁

11.3 封锁协议：

• 1.封锁协议的作用：解决三个不一致性(不可重复读、丢失修改、读”脏”数据)
• 2.什么是封锁协议：封锁协议是指运用x锁和s锁对数据对象加锁时，约定一些规则，这些规则为封锁协议
  • 例如何申请x锁和s锁、持锁时间、何时释放等

• 3.三级封锁协议(该数只讲三级协议)：封锁方式规定不同的规则，形成不同的封锁协议，不同的协议在不同
  的程度上为并发操作的正确调度提供一定的保证。

  • 3.1.一级协议：
    • 1.什么是一级封锁协议：一级封锁协议是指事务T1在修改数据R正确必须对其加X锁直到事务结束才释放；事务又分正常结束、非正常结束
    • 2.一级封锁协议作用：

      • 1.防止丢失数据，并保证事务T1可恢复(恢复：这里的恢复指可以重复读到数据)
        2.在一级封锁协议中，只是读数据是不用加锁的

    • 3.一级封锁协议存在问题：一级封锁协议可能会出现，不可重复读、和读”脏”数据

    • 4.解决丢失修改问题：

      • 

  • 3.2二级封锁协议：

    • 1.什么是二级封锁协议：二级封锁协议是一级封锁协议增强事务T1在读取数据R前必须对其加S锁，读完后即可释放S锁

    • 2.二级封锁协议作用：

      • 1.防止丢失数据，和读“脏”数据

    • 3.二级封锁协议存在问题：由于读完数据后即可释放S锁，所以会存在，不可重复读

    • 4.解决读“脏”数据问题：

      • 

  • 3.3三级封锁协议：

    • 1.什么是三级封锁协议：三级封锁协议是一级封锁协议增强事务T1在读取数据R前必须对其加S锁，直到事务的结束

    • 2.三级封锁协议作用：

      • 1.防止丢失数据、读“脏”数据和不可重复读

      • 3.解决不可重复读问题：

        • 

• 4.课本总结：

  • 1.三级协议的主要区别是，什么操作需要申请封锁协议以及何时释放锁
    1.1.写的操作必须是-x锁，释放时间-直到事务结束
    1.2.读的操作的释放时间-1.读完就释放-2.直到事务的结束
    2.不同的封锁协议使事务达到的一致性级别不同，封锁协议越高，一致性程度越高

  • 

• 5.个人总结：

  • 1.一级封锁协议：事务加x锁，释放时间-事务结束，防止丢失修改，有不可重复的和读“脏”数据问题
    2.二级封锁协议：事务加s锁，释放时间-读完就释放，防止丢失修改，读“脏”数据，有不可重复的和问题
    3.三级封锁协议：事务加s锁，释放时间-事务结束，防止丢失修改，读“脏”数据，不可重复

11.4 活锁和死锁:

11.4.1 活锁:

• 1.什么是活锁：一个事务长时间的去等待操作(或获取)一个数据对象，都没有等到

  • 例子：事务T1封锁封锁了数据R，T2请求封锁R，T3请求封锁R，T1释放了R，但得到请求封锁的是T3，
    如果T4又请求封锁R，T3释放，T4得到请求封锁，T2又没得到请求封锁，这就是活锁 – 可看图理解

• 1.1.怎么避免活锁：

  • 1.先来先服务(就是多个事务请求同一个数据对象，谁先来就执行谁)

  • 2.按优先级(每一个按优先级来执行，如有紧急的事务，可以提高该事务的优先级来先执行)
    

• 2.什么是死锁：怎么都请求不到数据对象

  • 例子：事务T1对R1封锁，事务T2对R2封锁，现在事务T1要对R2请求封锁，因为T2在封锁中，请求不了，
    T2有要对R1请求封锁，T1和T2请的请求不了，就就是死锁 – 可看图理解

• 2.1.产生死锁的原因:两个或多个事务，都一级封锁了一些数据对象，然后又请求被其它事务封锁的数据对象加锁，从而死锁

• 2.1.2.解决死锁的方法：预防死锁-和诊断与解除死锁

  • 2.1.3预防死锁：预防死锁分为，1.一次封锁法、2.顺序封锁法

  • 预防死锁就是压迫破坏产生死锁的条件

    • 2.1.4.一次封锁法：

      • 1.什么是一次封锁法：每个事务必须一次将所有的数据全部加锁，否则就不能执行

      • 2.存在问题：

        • 1.降到系统并发度(你的封锁完了，其它事务怎么用)

        • 2.难于事先精确确定封锁对象(我怎么最知道我要确定要用哪些数据对象)

    • 2.1.5.顺序封锁法：

      • 1.什么是顺序封锁法：预先对数据对象排序(数据库管理系统做的活 – 排序)，所有事务都按这个事务进行封锁

        • 排序？什么意思：给每个事务排序，只有封锁了1，才能去封锁2，以此内推

      • 2.存在问题：

        • 1.维护成本高(进行了增删改操作，就又要重新排序)

        • 2.难以实现(事务的封锁，是随着事务的执行而动态决定的，很难确定要封锁哪个对象)

      • 2.1.5.预防死锁总结:

        • 1.预防死锁不适合数据库

        • 2.数据库在解决死锁的问题上普遍才用诊断与解除死锁

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• • 2.2.诊断与解除死锁：死诊断分为：1.超时法、2.等待图法

    • 2.2.1.超时法：

      • 1.什么是超时法：事务等待时间超过规定的时限，就认为发生了死锁

      • 2.优缺点：

        • 优点：实现简单

        • 缺点：1.可能误判，如事务因为其它原因导致超时，2.时限限制过长，死锁发生后不能及时发现

    • 2.2.2.等待图法：

      • 1.什么是等待图法：事务等待图是一个有向图G=(T,U)、其中：

        • T为结点集合(每个结点表示运行的事务)，

        • U为边的集合(每条边表示事务等待情况)

      • 例：T1等待T2，则T1，T2之间划一条有向边，从T1指向T2

      • 2.等待图法说明：

        • 1.数据库管理系统的并发控制子系统按周期性(如每隔多少秒)，生成事务等待图，检测事务，如果存在回路，则表示系统中出现死锁

        • 2.解除死锁的方法是限制一个处理死锁代价最小的事务，将其撤销，释放该事务的所有锁，使其它事务能继续运行下去

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