基于锁的并发控制

实现基于2PL的事务处理原型。

基本概念

• Short duration lock 短锁
  • 动作开始前申请锁，动作结束立即把锁释放
• Long duration Lock 长锁
  • 动作开始前申请锁，动作结束继续持有锁
  • 2PL的思路
• 事务从锁的角度看分为加锁和解锁两个阶段
  • Growing
    • 加锁阶段，事务只获取锁，不释放锁
  • Shrinking
    • 解锁阶段，事务只能释放锁，不能加新锁
• 2pl变种：保守2pl、严格2pl
• 常见的实现方式
  • 事务进行过程中加锁，事务结束后集体释放
  • 这里只考虑事务结束后统一释放的情况

实现思路

加锁

获取数据项上已有的锁，判断与自己加的锁是否冲突

• 若不冲突
  • 对数据项上mutex加锁，设置该数据上已有锁信息(owner)为自己加的锁
• 若冲突
  • 将自己要加的锁(LockEntry)push到该数据的等待队列waitlist中
  • 对该数据mutex加锁，然后阻塞，等待已有的锁释放

解锁

判断数据项上有无阻塞的锁请求（检查waitlist）

• 若没有
  • 释放mutex上的锁，将数据上的锁owner置为无锁
  • 再次检查waitlist，防止在释放锁的过程中有加锁操作被阻塞，从而使该锁请求不能得到响应
• 若有阻塞的锁请求
  • 从waitlist中pop出头部的LockEntry，将owner置为该LockEntry
  • 释放mutex上的锁

代码说明

本人完成的代码原型已经上传到GitHub。

代码结构

• global.h：全局配置及变量
• structure.h/.cpp：实验所用的数据结构定义及基本操作，采用的基础数据结构是hash map
• cc_lock.h/.cpp：基于锁的并发控制的实现
• main.cpp：程序入口，测试程序的实现

全局变量

• 锁类型
  • enum lock_t {LOCK_EX, LOCK_SH, LOCK_NONE };
  • 三种锁类型，EX代表互斥锁，SH代表共享锁，NONE代表无锁
• 返回值
  • enum RC {RCOK, ERROR, FINISH, NOT_FOUND,ALREADY_EXIST };
  • 代表操作的结果类型，RCOK 正确，ERROR错误，NOT_FOUND数据项不存在，ALREADY_EXIST数据项已存在
• 并发策略
  • enum cc_type{CC_LOCK, CC_OCC, CC_TO};
  • 代表三种并发策略，LOCK 基于锁，OCC 乐观并发控制，TO基于时间戳
  • 通过配置Engine的cc_type，指定所需的并发策略

数据结构

• Engine
  • 实验所用的datastore的引擎，实际上就是一个HashMap
  • std::unordered_map data_map;
• Data
  • 数据项
• LockEntry
  • 锁，包含属性有：锁类型，持有该锁的线程id

事务

• 通过开启多个线程，每个线程执行若干条对数据的操作，来模拟多个事务的并发。每个线程相当于一个事务
• 本实验模拟了4个事务