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1、数据库系统概论数据库系统概论第十一章第十一章 并发控制并发控制 11.1 并发控制概述并发控制概述多事务执行方式多事务执行方式(1)事务串行执行事务串行执行n每个时刻只有一个事务运行，其他事务每个时刻只有一个事务运行，其他事务必须等到这个事务结束以后方能运行必须等到这个事务结束以后方能运行n不能充分利用系统资源，发挥数据库共不能充分利用系统资源，发挥数据库共享资源的特点享资源的特点并发控制并发控制（续）（续）(2)交叉并发方式（交叉并发方式（interleaved concurrency）n事务的并行执行是这些并行事务的并行操作轮事务的并行执行是这些并行事务的并行操作轮流交叉运行流交叉运行n是
2、单处理机系统中的并发方式，能够减少处理是单处理机系统中的并发方式，能够减少处理机的空闲时间，提高系统的效率机的空闲时间，提高系统的效率并发控制（续）并发控制（续）(3)同时并发方式（同时并发方式（simultaneous concurrency）n多处理机系统中，每个处理机可以运行一个事多处理机系统中，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，实现务，多个处理机可以同时运行多个事务，实现多个事务真正的并行运行多个事务真正的并行运行n最理想的并发方式，但受制于硬件环境最理想的并发方式，但受制于硬件环境n更复杂的更复杂的并发方式机制并发方式机制事务并发执行带来的问题事务并发执行带
3、来的问题n可能会存取和存储不正确的数据，破坏事可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务的隔离性和数据库的一致性务的隔离性和数据库的一致性nDBMS必须提供并发控制机制必须提供并发控制机制n并发控制机制是衡量一个并发控制机制是衡量一个DBMS性能的重性能的重要标志之一要标志之一11.1 11.1 并发控制概述并发控制概述n并发控制机制的任务并发控制机制的任务n对并发操作进行正确调度对并发操作进行正确调度n保证事务的隔离性保证事务的隔离性n保证数据库的一致性保证数据库的一致性T1的修改被的修改被T2覆盖了！覆盖了！读读A=16 AA-3写回写回A=13 读读A=16 AA-1 写回写回A=15 事务
4、事务 T2事务事务 T1数据不一致实例：飞机订票系统数据不一致实例：飞机订票系统并发操作带来的数据不一致性并发操作带来的数据不一致性n丢失修改（丢失修改（lost update）n不可重复读（不可重复读（non-repeatable read）n读读“脏脏”数据（数据（dirty read）1.丢失修改丢失修改丢失修改是指事务丢失修改是指事务1与事务与事务2从数据库中读从数据库中读入同一数据并修改入同一数据并修改事务事务2的提交结果破坏了事务的提交结果破坏了事务1提交的结果，提交的结果，导致事务导致事务1的修改被丢失。的修改被丢失。图图1 三种数据不一致性三种数据不一致性 T1T2 读读A=1
5、6 AA-1 写回写回A=15 读读A=16 AA-1写回写回A=15(a)丢失修改丢失修改2.读读“脏脏”数据数据事务事务1修改某一数据，并将其写回磁盘修改某一数据，并将其写回磁盘事务事务2读取同一数据后读取同一数据后事务事务1由于某种原因被撤消，这时事务由于某种原因被撤消，这时事务1已修改过已修改过的数据恢复原值的数据恢复原值事务事务2读到的数据就与数据库中的数据不一致，读到的数据就与数据库中的数据不一致，是不正确的数据，又称为是不正确的数据，又称为“脏脏”数据。数据。图图2 三种数据不一致性三种数据不一致性（续）（续）读读C=200 读读C=100 CC*2 写回写回C ROLLBACK
6、 C恢复为恢复为100T2T1(b)读读“脏脏”数据数据3.不可重复读不可重复读不可重复读是指事务不可重复读是指事务1读取数据后，事务读取数据后，事务2执行更新操作，使事务执行更新操作，使事务1无法再现前一次读无法再现前一次读取结果。取结果。图图3 三种数据不一致性三种数据不一致性（续）（续）读读B=100 BB*2写回写回B=200 读读A=50 读读B=100 求和求和=150 读读A=50 读读B=200 求和求和=250 (验算不对验算不对)T2T1(c)不可重复读不可重复读三类三类不可重复读不可重复读事务事务1读取某一数据后：读取某一数据后：1.事务事务2对其做了修改对其做了修改，当
7、事务，当事务1再次读该数再次读该数据时，得到与前一次不同的值。据时，得到与前一次不同的值。2.事务事务2删除了其中部分记录删除了其中部分记录，当事务，当事务1再次再次读取数据时，发现某些记录神密地消失了。读取数据时，发现某些记录神密地消失了。3.事务事务2插入了一些记录插入了一些记录，当事务，当事务1再次按相再次按相同条件读取数据时，发现多了一些记录。同条件读取数据时，发现多了一些记录。后两种不可重复读有时也称为后两种不可重复读有时也称为幻影幻影现象现象11.2 封锁封锁一、什么是封锁一、什么是封锁n封锁就是事务封锁就是事务T在对某个数据对象（例如表、记在对某个数据对象（例如表、记录等）操作之
8、前，先向系统发出请求，对其加锁录等）操作之前，先向系统发出请求，对其加锁n加锁后事务加锁后事务T就对该数据对象有了一定的控制，就对该数据对象有了一定的控制，在事务在事务T释放它的锁之前，其它的事务不能更新释放它的锁之前，其它的事务不能更新此数据对象。此数据对象。n封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术二、基本封锁类型二、基本封锁类型nDBMS通常提供了多种类型的封锁。一个事务对通常提供了多种类型的封锁。一个事务对某个数据对象加锁后究竟拥有什么样的控制是由某个数据对象加锁后究竟拥有什么样的控制是由封锁的类型决定的。封锁的类型决定的。n基本封锁类型基本封锁类型
9、n排它锁（排它锁（eXclusive lock，简记为，简记为X锁）锁）n共享锁（共享锁（Share lock，简记为，简记为S锁）锁）排它锁排它锁n排它锁又称为写锁排它锁又称为写锁n若事务若事务T对数据对象对数据对象A加上加上X锁，则只允许锁，则只允许T读取和修改读取和修改A，其它任何事务都不能再对，其它任何事务都不能再对A加任何类型的锁，直到加任何类型的锁，直到T释放释放A上的锁上的锁共享锁共享锁n共享锁又称为读锁共享锁又称为读锁n若事务若事务T对数据对象对数据对象A加上加上S锁，则其它事锁，则其它事务只能再对务只能再对A加加S锁，而不能加锁，而不能加X锁，直到锁，直到T释放释放A上的上的
10、S锁锁11.3 封锁协议封锁协议n在运用在运用X锁和锁和S锁对数据对象加锁时，需要约定锁对数据对象加锁时，需要约定一些规则：封锁协议（一些规则：封锁协议（Locking Protocol）n何时申请何时申请X锁或锁或S锁锁n持锁时间、何时释放持锁时间、何时释放n 不同的封锁协议，在不同的封锁协议，在不同的程度上不同的程度上为并发操为并发操 作的正确调度提供一定的保证作的正确调度提供一定的保证n常用的封锁协议：三级封锁协议常用的封锁协议：三级封锁协议1级封锁协议级封锁协议n事务事务T在修改数据在修改数据R之前必须先对其加之前必须先对其加X锁，锁，直到事务结束才释放直到事务结束才释放n正常结束正常
11、结束（COMMIT）n非正常结束非正常结束（ROLLBACK）n1级封锁协议可防止丢失修改级封锁协议可防止丢失修改n在在1级封锁协议中，如果是读数据，不需要加锁级封锁协议中，如果是读数据，不需要加锁的，所以它不能保证可重复读和不读的，所以它不能保证可重复读和不读“脏脏”数据。数据。1 1级封锁协议级封锁协议T1T2 Xlock A 获得获得 读读A=16 AA-1 写回写回A=15 Commit Unlock A Xlock A等待等待等待等待等待等待等待等待获得获得Xlock A读读A=15AA-1写回写回A=14CommitUnlock A 没有丢失修改没有丢失修改 1级封锁协议级封锁协议
12、 读读A=15 Xlock A 获得获得 读读A=16 AA-1 写回写回A=15 RollbackUnlock A T2T1读读“脏脏”数据数据1级封锁协议级封锁协议 Xlock B 获得获得 读读B=100 BB*2 写回写回B=200 Commit Unlock B读读A=50 读读B=100 求和求和=150读读A=50 读读B=200 求和求和=250 (验算不对验算不对)T2T1不可重复读不可重复读 2级封锁协议级封锁协议n1级封锁协议级封锁协议+事务事务T在读取数据在读取数据R前必须前必须先加先加S锁锁，读完后即可释放，读完后即可释放S锁锁n2级封锁协议可以防止丢失修改和读级封锁
13、协议可以防止丢失修改和读“脏脏”数据。数据。n在在2级封锁协议中，由于读完数据后即可释级封锁协议中，由于读完数据后即可释放放S锁，所以它不能保证可重复读锁，所以它不能保证可重复读。2 2级封锁协议级封锁协议 SLOCK A等待等待等待等待等待等待获得获得读读A=15C o m m i t Unlock A Xlock A 获得获得 读读A=16 AA-1 写回写回A=15 RollbackUnlock A T2T1不读不读“脏脏”数据数据2级封锁协议级封锁协议不可重复读不可重复读 Sclock A 获得获得 读读A=50 Unlock A Sclock B 获得获得 读读B=100 Unloc
14、k B 求和求和=150 Xlock B等待等待等待等待获得获得Xlock B读读B=100BB*2写回写回B=200CommitUnlock BT2T1Sclock A 获得获得 读读A=50 Unlock A Sclock B 获得获得 读读B=200 Unlock B 求和求和=250 (验算不对验算不对)T2T1(续续)3级封锁协议级封锁协议n1级封锁协议级封锁协议+事务事务T在读取数据在读取数据R之前必之前必须先对其加须先对其加S锁，直到锁，直到事务结束才释放事务结束才释放n3级封锁协议可防止丢失修改、读脏数据和不可级封锁协议可防止丢失修改、读脏数据和不可重复读。重复读。T1T2 S
15、lock A 读读A=50 Slock B 读读B=100 求和求和=150 读读A=50 读读B=100 求和求和=150 Commit Unlock A Unlock B Xlock B等待等待等待等待等待等待 等待等待等待等待等待等待等待等待等待等待获得获得Xlock B读读B=100BB*2写回写回B=200CommitUnlock B 可重复读可重复读 封锁协议小结封锁协议小结（续）（续）11.4 活锁和死锁活锁和死锁n封锁技术可以有效地解决并行操作的一致封锁技术可以有效地解决并行操作的一致性问题，但也带来一些新的问题性问题，但也带来一些新的问题n死锁（死锁（DEAD LOCK）n活
16、锁活锁（LIVE LOCKLIVE LOCK）：系统可能使某个事务永）：系统可能使某个事务永远处于等待状态，得不到封锁的机会远处于等待状态，得不到封锁的机会11.4.1 活锁活锁如何避免活锁如何避免活锁活锁（活锁（LIVE LOCKLIVE LOCK）：系统可能使某个事务）：系统可能使某个事务永远处于等待状态，得不到封锁的机会永远处于等待状态，得不到封锁的机会采用先来先服务的策略：采用先来先服务的策略：当多个事务请求封锁同一数据对象时当多个事务请求封锁同一数据对象时n按请求封锁的先后次序对这些事务排队按请求封锁的先后次序对这些事务排队n该数据对象上的锁一旦释放，首先批准申该数据对象上的锁一旦释放，首先批准申请队列中第一个事务获得锁。请队列中第一个事务获得锁。11.4.2 死锁死锁T1 T2 Xlock R1.Xlock R2等待等待等待等待等待等待.Xlock R2.Xlock R1等待等待等待等待.解决死锁的方法解决死锁的方法两类方法两类方法1.预防死锁预防死锁2.死锁的诊断与解除死锁的诊断与解除1.死锁的预防死锁的预防n产生死锁的原因是两个或多个事务都已封产生死锁的原因是两个或多个
