数据库学习笔记7 并发控制

什么是事务并发

• I/O与CPU等可以并行交叉运行
• 并发执行的优点
  改善系统的资源利用率
  减少短事务的等待时间

事务并发引起的问题

• 读脏数据
  脏数据(dirty data)是对未提交事务所写数据的统称。
  
  若脏读就造成了数据库的不一致状态，应严格禁止。
  若脏读带来的影响足够小，偶尔可读一次脏数据，它可以提高并发性，减少事务的等待时间
• 不可重复读(unrepeatable read)
  事务T1的两次读取数据之间，其它事务修改了它要读取的数据，以致两次读到的值不同
  在事务串行执行时，不会出现此现象
  
• 丢失更新(lost update)
  由两个事务对同一数据并发地写入引起
  

可串行化

事务在运行中不受其它事务干扰的方法（保持隔离性）：
串行：
每个事务依次顺序执行
并行但控制：
事务之间并发执行，DBMS调整事务的调度，使其运行结果与一次只执行一个事务的结果相同

可串行化调度

调度是可串行化的：多个事务交叉调度的结果与某一个串行调度的结果相同
DBMS认为事务串行调度的结果保持了数据库的一致性，都是正确的
一个调度如果是可串行化的，系统认为其调度是一个正确的调度，保持了数据库的一致性

冲突可串行化

若一个调度冲突等价于一个串行调度，则该调度是冲突可串行化的。
例如

调度S= R1(A) W1(A) R2(A) W2(A) R1(B) W1(B) R2(B) W2(B)
R1(B)与W2(A)指令不冲突，可以交换执行顺序；
R1(B)与R2(A)指令不冲突，可以交换执行顺序；
W1(B)与W2(A)指令不冲突，可以交换执行顺序；
W1(B)与R2(A)指令不冲突，可以交换执行顺序。
调度S’= R1(A) W1(A) R1(B) W1(B) R2(A) W2(A) R2(B) W2(B)

调度S’是一个串行调度。
调度S等价于串行调度S’，是冲突可串行化的。

视图等价

对同一事务集，如果两个调度S1和S2在任何时候都保证每个事务读取相同的值，写入数据库的最终状态也是一样的，则称调度S1和S2视图等价。

如果某个调度视图等价于一个串行调度，则称这个调度是视图可串行化的
如果调度是冲突可串行化的，则该调度一定是视图可串行化的。但反过来未必成立。
举例
设调度S1= R1(A) W3(A) R2(B) W1(B)
经过非冲突调整，S2 = R2(B) R1(A) W1(B) W3(A)
调度S1和调度S2是冲突等价的。
又因为调度S2为一串行调度，因此调度S1是冲突可串行化的。
对于调度S1和S2，事务T1读取的A、事务T2读取的B都是数据库的初始值；数据库最终的A、B值都是由事务T3和T1写入的。
因此，调度S1和S2是视图可串行化的。

可串行化的判定

判定一个调度是否是冲突可串行化的，可以使用前驱图（precedence graph）
若前驱图中存在环，则表示调度S是不可串行化的。
反之，若前驱图中不存在环，表示调度S是冲突可串行化的，可用拓扑排序得到调度S 的一个等价的串行调度。

基于锁的管理

锁相容性

• 锁的类型
  共享锁（S锁）：如果事务Ti申请到数据项Q 的共享锁，则Ti可以读数据项Q，但不能写Q。
  排它锁（X锁）：如果事务Ti申请到数据项Q 的排它锁，则Ti可以读数据项Q，也可以写Q。
  

申请锁

T1,T2:更新后立即释放锁，可能脏读。
T3,T4:事务的最后释放锁，避免脏读和确保可串行性。但降低并发度
T5,T6:相互等待出现死锁

2P协议

两段锁协议（two-phase locking protocol，2PL）是指所有事务分两个阶段提出加锁和解锁申请:
增长阶段（growing phase)：在对任何数据进行读、写操作之前，首先申请并获得该数据的封锁；
收缩阶段（shrinking phase)：在释放一个封锁后，事务不再申请和获得其它的任何封锁。
两段锁协议是保证冲突可串行化的充分条件，但该协议不保证不发生死锁。

严格2P协议

2p协议存在级联回滚现象
严格两阶段锁

• 除要求满足两段锁协议规定外，还要求事务的排它锁必须在事务提交之后释放。
• 解决级联回滚问题
• 避免了脏读和丢失修改的问题。

强两阶段锁

除要求满足两段锁协议规定外，还要求事务的所有锁都必须在事务提交之后释放。
进一步解决数据项不能重复读的问题

更新锁

锁的升级有可能使得出现死锁的概率加大
更新锁只允许事务读取数据项而不能修改数据项
系统允许更新锁升级，而不允许共享锁升级