第十一章-併發控制

11章 併發數據

• 瞭解併發需要先瞭解的概念：
  • 1.資料庫是一個可以共用資源，可以多用戶同時使用一個資料庫，該資料庫稱為多用戶資料庫，如訂票系統、銀行系統
  • 2.多事務執行方式：

    • 1.事務串列執行 ：
      務執行完在執行下一個事務 - 缺點資源浪費
      

      2.交叉併發方式 ：
      在單處理機系統中，事務的並行事務是提供交叉運行，如T1事務去讀數據A，讀需要耗時，T2事務就開始運行，T1讀完又去執行T1下麵的操作，遇到T1等待又去執行T2，以此類推
      

      3.同時併發方式：-- 瞭解，該書不詳講
      多處理機系統中，每個處理機可以運行一個事務，多個處理機可以同時運行多個事務，實現多個事務自正的併發

10.1併發控制概念:

• 事務是併發控制的基本單位，併發控制機制任務是：

  • 1.併發操作進行正確的調度(正確的調各併發的事務)
    2.保證事務的隔離性(保證事務在執行的過程中不能被其它的事務打擾)
    3.保證資料庫的一致性(剛讀A數據為1，馬上A就變成2，這就不一致了)

•  為什麼需要併發控制：併發時又多個事務在執行，如果沒有正確的調度，調度事務就會打架，產生數據混亂

• 用記號R(x)標識讀數據x，W(x)表示寫數據x　

• 案例1飛機賣票-併發操作帶來的不一致性：

  • 售票視窗(T1事務)和售票視窗(T2事務),併發去訪問資料庫中的票數餘額A=16，如果T1和T2都，
    賣出去一張票，都A-1=15，然後寫回資料庫，因為T1和T2都執行了A-1=15，所以明明是賣出去兩張，實際賣出去了一張

• 說明：

  • 1.案例1的情況稱為資料庫的不一致性，是由併發產生的
    2.T1和T2的存在順序的調度是隨機的
    3.併發操作帶來的數據不一致性包括：丟失數據、不可重覆度、讀'臟'數據

• 1.丟失數據：

  • T1和T2事務，讀入同一數據並修改，T2提交的結果破壞了T1提交的結果，導致T1數據丟失，如售票案例

  • 

•  2.不可重覆讀：

  • T1讀取數據A=15，T2對A進行更改，T1在去讀的時候就讀不到上一次的結果

  • 不可重覆讀分三種情況，1.讀取值不一致、2.數據消失、3.多出數據(2和3稱為幻影現象)：

    • 1.讀取不一致：T1和T2讀A=15，T2更改A，T1在去校對重讀A，就與第一次讀取的值不一致
      2.數據消失：T1按照條件查找到數據，T2刪除了其中部分的數據，T1在按同樣的數據去讀取時，發現數據就消失了
      3.多出數據：T1按照條件查找到數據，T2插入了一些的數據，T1在按同樣的數據去讀取時，發現多了一些數據

  • 

• 3.讀“臟”數據：

  • 讀“臟”數據表達讀到不正確的數據　　　　 

  • T1讀取數據A=15，並修改為99，T2讀取數據A=99，當T1撤銷修改操作，A改回15，那麼T2讀的就是“臟”數據，因為和資料庫的數據不一致

  • 

• 說明：

  • 1.以上的3類不一致主要原因就是並且操作破壞了事務的隔離性
    2.併發操作要正確的方式調度，使一個事務的執行不受其它事務的影響，避免造成數據的不一致(某些情況下可以數據不一致，這種情況是因為影響不大)
    3.併發的主要技術：封鎖、時間戳、樂觀控製法、多版本併發控制

11.2 封鎖:

• 1.什麼是封鎖：
  • 封鎖是實現併發控制的一個非常重要技術

    • 封鎖就是事務T1在等某個數據對象(如表、記錄)操作之前，先向系統發生請求，對其加鎖。加鎖後T1對該
      數據對象就有了一定的控制，在事務T1釋放鎖之前，其它事務不能更新該數據對象

• 2.基本的封鎖類型：

  • 一個事務對數據對象加鎖後擁有什麼樣的控制是由封鎖的類型決定
    基本的封鎖類型：排它鎖(簡稱：x鎖)、共用鎖(簡稱：s鎖)　　

  • 2.1.排它鎖：
    • 排它鎖 -- 又稱寫鎖

    • 理解：當某個事務T1，給數據對象A加上x鎖後，只有T1可以進行讀取和修改，
      其它的事務就不能在對A加任何類型的鎖，只到T1釋放A上的鎖，這樣不就保證了，
      T1釋放A上的鎖時，不被其它事務所干擾

  • 2.2.共用鎖：

    • 排它鎖 -- 又稱讀鎖

    • 理解：當某個事務T1，給數據對象A加上s鎖後，T1可以進行讀取但不能進行修改，
      其它事務可以在對A加上s鎖，但不能加x鎖，直到T1釋放了鎖，這樣就保證了，
      在其它事務都可以讀A，都不能修改A，保證了數據一致

  • 2.3 鎖的相容鉅陳：

    • 

• 3.細節：

  • 封鎖 也可以叫 加鎖

11.3 封鎖協議：

• 1.封鎖協議的作用：解決三個不一致性(不可重覆讀、丟失修改、讀"臟"數據)
• 2.什麼是封鎖協議：封鎖協議是指運用x鎖和s鎖對數據對象加鎖時，約定一些規則，這些規則為封鎖協議
  • 例如何申請x鎖和s鎖、持鎖時間、何時釋放等

• 3.三級封鎖協議(該數只講三級協議)：封鎖方式規定不同的規則，形成不同的封鎖協議，不同的協議在不同
  的程度上為併發操作的正確調度提供一定的保證。

  • 3.1.一級協議：
    • 1.什麼是一級封鎖協議：一級封鎖協議是指事務T1在修改數據R正確必須對其加X鎖直到事務結束才釋放；事務又分正常結束、非正常結束
    • 2.一級封鎖協議作用：

      • 1.防止丟失數據，並保證事務T1可恢復(恢復：這裡的恢復指可以重覆讀到數據)
        2.在一級封鎖協議中，只是讀數據是不用加鎖的

    • 3.一級封鎖協議存在問題：一級封鎖協議可能會出現，不可重覆讀、和讀"臟"數據

    • 4.解決丟失修改問題：

      • 

  • 3.2二級封鎖協議：

    • 1.什麼是二級封鎖協議：二級封鎖協議是一級封鎖協議增強事務T1在讀取數據R前必須對其加S鎖，讀完後即可釋放S鎖

    • 2.二級封鎖協議作用：

      • 1.防止丟失數據，和讀“臟”數據

    • 3.二級封鎖協議存在問題：由於讀完數據後即可釋放S鎖，所以會存在，不可重覆讀

    • 4.解決讀“臟”數據問題：

      • 

  • 3.3三級封鎖協議：

    • 1.什麼是三級封鎖協議：三級封鎖協議是一級封鎖協議增強事務T1在讀取數據R前必須對其加S鎖，直到事務的結束

    • 2.三級封鎖協議作用：

      • 1.防止丟失數據、讀“臟”數據和不可重覆讀

      • 3.解決不可重覆讀問題：

        • 

• 4.課本總結：

  • 1.三級協議的主要區別是，什麼操作需要申請封鎖協議以及何時釋放鎖
    1.1.寫的操作必須是-x鎖，釋放時間-直到事務結束
    1.2.讀的操作的釋放時間-1.讀完就釋放-2.直到事務的結束
    2.不同的封鎖協議使事務達到的一致性級別不同，封鎖協議越高，一致性程度越高

  • 

• 5.個人總結：

  • 1.一級封鎖協議：事務加x鎖，釋放時間-事務結束，防止丟失修改，有不可重覆的和讀“臟”數據問題
    2.二級封鎖協議：事務加s鎖，釋放時間-讀完就釋放，防止丟失修改，讀“臟”數據，有不可重覆的和問題
    3.三級封鎖協議：事務加s鎖，釋放時間-事務結束，防止丟失修改，讀“臟”數據，不可重覆

11.4 活鎖和死鎖:

11.4.1 活鎖:

• 1.什麼是活鎖：一個事務長時間的去等待操作(或獲取)一個數據對象，都沒有等到

  • 例子：事務T1封鎖封鎖了數據R，T2請求封鎖R，T3請求封鎖R，T1釋放了R，但得到請求封鎖的是T3，
    如果T4又請求封鎖R，T3釋放，T4得到請求封鎖，T2又沒得到請求封鎖，這就是活鎖 - 可看圖理解

• 1.1.怎麼避免活鎖：

  • 1.先來先服務(就是多個事務請求同一個數據對象，誰先來就執行誰)

  • 2.按優先順序(每一個按優先順序來執行，如有緊急的事務，可以提高該事務的優先順序來先執行)
    

• 2.什麼是死鎖：怎麼都請求不到數據對象

  • 例子：事務T1對R1封鎖，事務T2對R2封鎖，現在事務T1要對R2請求封鎖，因為T2在封鎖中，請求不了，
    T2有要對R1請求封鎖，T1和T2請的請求不了，就就是死鎖 - 可看圖理解

• 2.1.產生死鎖的原因:兩個或多個事務，都一級封鎖了一些數據對象，然後又請求被其它事務封鎖的數據對象加鎖，從而死鎖

• 2.1.2.解決死鎖的方法：預防死鎖-和診斷與解除死鎖

  • 2.1.3預防死鎖：預防死鎖分為，1.一次封鎖法、2.順序封鎖法

  • 預防死鎖就是壓迫破壞產生死鎖的條件

    • 2.1.4.一次封鎖法：

      • 1.什麼是一次封鎖法：每個事務必須一次將所有的數據全部加鎖，否則就不能執行

      • 2.存在問題：

        • 1.降到系統併發度(你的封鎖完了，其它事務怎麼用)

        • 2.難於事先精確確定封鎖對象(我怎麼最知道我要確定要用哪些數據對象)

    • 2.1.5.順序封鎖法：

      • 1.什麼是順序封鎖法：預先對數據對象排序(資料庫管理系統做的活 - 排序)，所有事務都按這個事務進行封鎖

        • 排序？什麼意思：給每個事務排序，只有封鎖了1，才能去封鎖2，以此內推

      • 2.存在問題：

        • 1.維護成本高(進行了增刪改操作，就又要重新排序)

        • 2.難以實現(事務的封鎖，是隨著事務的執行而動態決定的，很難確定要封鎖哪個對象)

      • 2.1.5.預防死鎖總結:

        • 1.預防死鎖不適合資料庫

        • 2.資料庫在解決死鎖的問題上普遍才用診斷與解除死鎖

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• • 2.2.診斷與解除死鎖：死診斷分為：1.超時法、2.等待圖法

    • 2.2.1.超時法：

      • 1.什麼是超時法：事務等待時間超過規定的時限，就認為發生了死鎖

      • 2.優缺點：

        • 優點：實現簡單

        • 缺點：1.可能誤判，如事務因為其它原因導致超時，2.時限限制過長，死鎖發生後不能及時發現

    • 2.2.2.等待圖法：

      • 1.什麼是等待圖法：事務等待圖是一個有向圖G=(T,U)、其中：

        • T為結點集合(每個結點表示運行的事務)，

        • U為邊的集合(每條邊表示事務等待情況)

      • 例：T1等待T2，則T1，T2之間劃一條有向邊，從T1指向T2

      • 2.等待圖法說明：

        • 1.資料庫管理系統的併發控制子系統按周期性(如每隔多少秒)，生成事務等待圖，檢測事務，如果存在迴路，則表示系統中出現死鎖

        • 2.解除死鎖的方法是限制一個處理死鎖代價最小的事務，將其撤銷，釋放該事務的所有鎖，使其它事務能繼續運行下去

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