數(shù)據(jù)庫原理

1、數(shù)據(jù)庫原理,第十一章 數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制,數(shù)據(jù)庫是可以共享的資源，即供多個用戶使用。允許多個用戶同時使用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)稱為多用戶數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。為了充分利用系統(tǒng)資源，如CPU，內(nèi)存等，應該允許多個事務并發(fā)執(zhí)行。 事務并發(fā)執(zhí)行分為兩種：交叉并發(fā)方式：并行事務的并行操作輪流交叉進行，如單處理機系統(tǒng)中的并行事務同時并發(fā)方式：在多處理機系統(tǒng)中，可以同時運行多個事務，實現(xiàn)多個事務真正的并行運行,11.1 并發(fā)控制概述,并發(fā)

2、操作可能帶來數(shù)據(jù)的不一致性，包括三種情況： 丟失修改 不可重復讀：修改，刪除，插入 讀“臟”數(shù)據(jù) 產(chǎn)生以上不一致性的主要原因是并發(fā)操作破壞了事務的隔離性，并發(fā)控制就是要用正確的方式調(diào)度并發(fā)操作，使事務的執(zhí)行不會相互干擾。但有時對數(shù)據(jù)庫允許某些不一致性，如有些統(tǒng)計工作涉及數(shù)據(jù)量很大，這時讀一些不正確的數(shù)據(jù)對統(tǒng)計精度影響不大，這時可以降低一致性的要求以減少系統(tǒng)開銷。 為了解決以上問題，主要采用

3、的技術(shù)是給數(shù)據(jù)加鎖。,11.2 封鎖,一 定義： 封鎖就是對事務T在對某個數(shù)據(jù)對象例如表，記錄等操作之前，先向系統(tǒng)發(fā)出請求，對其加鎖。加鎖后事務就對該數(shù)據(jù)對象有了一定的控制，在事務T釋放它的鎖之前，其它的事務不能更新此數(shù)據(jù)對象。二 類型： 排它鎖（X鎖）：又稱為寫鎖。如果事務T對數(shù)據(jù)對象 加上X鎖，則只允許T讀取和修改A，其它任何事務都不能,再對A加任何類型的鎖，直到T釋放A上的鎖。這就保證了其它事

4、務在T釋放A上的鎖之前不能再讀取和修改A。 共享鎖（S鎖）：又稱讀鎖。若事務T對數(shù)據(jù)對象A加上S鎖，則事務T可以讀取A但不能修改A，其它事務只能對A加S鎖而不能加X鎖，直到T釋放A上的S鎖。這就保證了其它事務可以讀A，但在T釋放A上的S鎖之前不能修改A。,11.3 封鎖協(xié)議,一 定義 對數(shù)據(jù)加鎖時約定的一些規(guī)則稱為封鎖協(xié)議。二 分類 一級封鎖協(xié)議：事務T在修改數(shù)據(jù)R之前必須對其加X鎖，直到事務結(jié)束（包括

5、COMMIT和ROLLBACK）才釋放。 一級封鎖協(xié)議可以解決丟失修改。,二級封鎖協(xié)議：一級封鎖協(xié)議加上事務T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對其加S鎖，讀完后可立即釋放S鎖。 二級封鎖協(xié)議不僅可以解決丟失修改，還可以解決讀“臟數(shù)據(jù)”問題。 三級封鎖協(xié)議：一級封鎖協(xié)議加上事務T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對其加S鎖，直到事務結(jié)束才釋放。 三級封鎖協(xié)議不僅可以解決丟失修改和讀“臟數(shù)據(jù)”問題，還可

6、以防止不可重復讀。,11.4 活鎖和死鎖,一 活鎖 如果事務T1封鎖了數(shù)據(jù)R，接著事務T2也請求封鎖R，那么T2只能等待。接著T3也請求封鎖R，當T1釋放了R上的鎖之后系統(tǒng)首先批準了T3的請求，T2只能再次等待。然后T4也請求封鎖R，當T3釋放了R上的鎖之后系統(tǒng)又批準了T4的請求，T2仍然等待。這樣T2有可能永遠等待而無法獲得對R加鎖的權(quán)利，這就是活鎖的情況。 解決活鎖的簡單辦法就是“先來先服務

7、”。,二 死鎖 如果事務T1封鎖了數(shù)據(jù)R1， T2封鎖了數(shù)據(jù)R2。然后T1又請求封鎖R2，但此時R2已被封鎖，于是T1等待T2釋放R2上的鎖。接著T2請求封鎖R1，但此時R1已被封鎖，于是T2等待T1釋放R1上的鎖。這樣就出現(xiàn)了T1等待T2，而T2又在等待T1的局面，T1和T2兩個事務永遠不可能結(jié)束，形成死鎖。 死鎖的解決辦法有兩種：1. 預防一次封鎖法：要求每個事務必須一次

8、將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則就不能繼續(xù)下去。 存在的問題：一次將以后要用到的數(shù)據(jù)全部加鎖，擴大了封鎖的范圍，從而降低了系統(tǒng)的并發(fā)度。,數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是不斷變化的，很難精確地判斷每個事務所要封鎖的數(shù)據(jù)對象，為此只能加大封鎖范圍，將事務在執(zhí)行中可能要封鎖的對象都加上鎖，這就進一步降低了并發(fā)度。順序封鎖法：預先對數(shù)據(jù)對象規(guī)定一個封鎖順序，所有事務都按這個順序進行封鎖。 存在的問題：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

9、的數(shù)據(jù)對象很多且不斷變化，要維護一個特定的封鎖順序很困難。 很難預先確定某個事務要封鎖哪些對象，因此也就很難按規(guī)定的順序進行封鎖了。 在數(shù)據(jù)庫中預防這種方法用得并不多。,2. 診斷與解除 超時法 如果一個事務的等待時間超過了規(guī)定的時間，就認為發(fā)生了死鎖。 存在的問題：如果事務因為其它原因使等待時間超時，系統(tǒng)會誤以為發(fā)生了死鎖；如果時限設置的過長，死鎖發(fā)生后

10、不能及時發(fā)現(xiàn)。 等待圖法 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)一旦檢測到死鎖，就會選擇一個處理代價最小的事務，將其撤銷，并釋放此事務所有的鎖，使其它事務繼續(xù)運行下去。最后還要恢復這個被撤銷事務對數(shù)據(jù)庫所做的修改。,11.5 并發(fā)事務的可串行性,定義：多個事務的并發(fā)執(zhí)行是正確的，當且僅當其結(jié)果與某一次序串行執(zhí)行它們時的結(jié)果相同，把這種調(diào)度策略稱為可串行化的調(diào)度。 可串行性是并發(fā)事務正確性的準則。一個給定的并發(fā)調(diào)

11、度，當且僅當它是可串行化的，才認為是正確調(diào)度。,11.6 兩段鎖協(xié)議,在對任何數(shù)據(jù)進行讀寫操作之前，首先要申請并獲得封鎖 在釋放一個封鎖之后，事務不再申請和獲得任何其它封鎖 如果并發(fā)事務都遵守兩段鎖協(xié)議，則這些事務的任何調(diào)度都是可串行化的，即兩段鎖協(xié)議是可串行化的充分條件，但非必要條件。,11.7 封鎖的粒度,封鎖對象的大小稱為封鎖粒度。封鎖粒度可以是邏輯單元：屬性值、屬性值的集合、元組、關(guān)系、整個數(shù)

12、據(jù)庫等；也可以是物理單元：頁、塊等。 封鎖粒度與系統(tǒng)的并發(fā)度和并發(fā)控制的開銷緊密相關(guān)。封鎖的粒度越大，所能封鎖的單元就越少，并發(fā)度就越小，開銷就越??；反之，粒度越小，并發(fā)度較高，開銷也較大。 一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中應該能夠支持多種封鎖粒度以供用戶選擇。這種封鎖方法稱為多粒度封鎖。 對于封鎖粒度的選擇：要綜合考慮開銷和并發(fā)度。,11.7.1 多粒度封鎖,多粒度樹：根結(jié)點是整個數(shù)據(jù)庫，葉

13、結(jié)點是最小的數(shù)據(jù)粒度 顯式封鎖：應事務的要求直接加到數(shù)據(jù)對象上的鎖 隱式封鎖：該數(shù)據(jù)對象沒有獨立加鎖，是由于其上級結(jié)點加鎖而使該數(shù)據(jù)對象加鎖 對某個數(shù)據(jù)對象加鎖，系統(tǒng)要檢查：1. 該數(shù)據(jù)對象上有無顯式封鎖與之沖突。2. 其上級結(jié)點給這個數(shù)據(jù)對象帶來的隱式封鎖與之有無沖突。3. 它給其下級結(jié)點帶來的隱式封鎖與這個結(jié)點的顯式封,鎖有無沖突。,11.7.2 意向鎖,意向鎖的含義是：如果對一個結(jié)點加意向