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　　第9章 事務(wù)調(diào)度與并發(fā)控制

　　9.1事務(wù)與事務(wù)調(diào)度

　　9.1.1 事務(wù)的概念

　　1、 事務(wù)是構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用中一個(gè)獨(dú)立邏輯工作單元的操作的集合，也是訪問(wèn)并可能更新數(shù)據(jù)庫(kù)中各種數(shù)據(jù)項(xiàng)的一個(gè)程序執(zhí)行單元。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通過(guò)執(zhí)行各種事務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的操作，管理和執(zhí)行事務(wù)是DBMS的基本功能。

　　9.1.2 事務(wù)的特性(ACID特性)

　　1、原子性(Atomicity)

　　一個(gè)事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有操作是一個(gè)不可分割的工作單元，這些操作要么全部執(zhí)行，要么一個(gè)也不執(zhí)行。

　　2、 一致性(Consistency)

　　當(dāng)一個(gè)事務(wù)獨(dú)立執(zhí)行時(shí)，其執(zhí)行結(jié)果應(yīng)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性，即數(shù)據(jù)庫(kù)不會(huì)因事務(wù)執(zhí)行而受到破壞。數(shù)據(jù)庫(kù)滿足全部完整性約束，處于正確的狀態(tài);

　　3、 隔離性(Isolation)

　　當(dāng)多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)保證一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果不受其他事務(wù)的干擾，事務(wù)并發(fā)執(zhí)行結(jié)果與這些事務(wù)串行執(zhí)行時(shí)的結(jié)果是一樣的;

　　4、 持久性(Durability)

　　一個(gè)事務(wù)一旦成功完成全部操作，則它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有更新就永久地反映在數(shù)據(jù)庫(kù)中，即使以后數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生了故障;

　　9.1.3 事務(wù)調(diào)度

　　1、 一個(gè)事務(wù)中各操作的執(zhí)行順序和執(zhí)行時(shí)機(jī)一方面取決于事務(wù)自身內(nèi)部邏輯，另一方面也受DBMS中事務(wù)調(diào)度機(jī)制的控制。當(dāng)多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，DBMS必須采用合適的并發(fā)調(diào)度機(jī)制合理安排各個(gè)事務(wù)執(zhí)行順序，以保證事務(wù)的ACID特性。

　　2、 調(diào)度分為串行調(diào)度和并發(fā)調(diào)度，串行調(diào)度的特點(diǎn)是一個(gè)事務(wù)的所有操作都執(zhí)行完后才開(kāi)始執(zhí)行另一事務(wù)，不存在事務(wù)操作的交叉執(zhí)行;不同事務(wù)操作的交叉執(zhí)行稱(chēng)為并發(fā)調(diào)度，DBMS交叉執(zhí)行來(lái)自多個(gè)事務(wù)的各個(gè)操作，以提高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能。

　　9.1.4 可串行化調(diào)度

　　1、 事務(wù)的串行調(diào)度能夠產(chǎn)生正確的結(jié)果，但執(zhí)行效率低，如果并發(fā)調(diào)度S等價(jià)于某一定義在TS上的串行調(diào)度，那么S稱(chēng)為可串行化調(diào)度;

　　2、 給定兩個(gè)定義在事務(wù)集TS上的的調(diào)度S和S’，如果可以通過(guò)交換S中一系列非沖突操作的執(zhí)行順序?qū)�S轉(zhuǎn)換為S’，則稱(chēng)S與S’是沖突等價(jià)。

　　3、 如果定義在事務(wù)TS上的并發(fā)調(diào)度S沖突等價(jià)于事務(wù)集TS上的某個(gè)串行調(diào)度S’，則稱(chēng)S是沖突可串行的。

　　4、 在引入沖突可串行概念后，判斷一個(gè)并發(fā)調(diào)度是否正確可以歸結(jié)為判斷該調(diào)度是否沖突可串行的。

　　9.2 基于鎖的并發(fā)控制技術(shù)

　　9.2.1 鎖的概念

　　1、 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中每個(gè)可能被多個(gè)事務(wù)并發(fā)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)項(xiàng)設(shè)置鎖，鎖代表了對(duì)該數(shù)據(jù)項(xiàng)的訪問(wèn)權(quán)限。即事務(wù)T在訪問(wèn)數(shù)據(jù)項(xiàng)Q前須向DBMS申請(qǐng)獲得設(shè)置在Q上的鎖，如成功，則T獲得對(duì)Q的訪問(wèn)權(quán)，T對(duì)Q操作完成后，釋放所占用的鎖，允許其他事務(wù)獲得該鎖并訪問(wèn)Q，在T釋放設(shè)置在Q上的鎖前，其他事務(wù)不能訪問(wèn)Q。

　　2、 鎖的類(lèi)型有兩種：

　　(1) 互斥鎖(X鎖)：若T獲得Q上的X鎖，則T可以對(duì)Q讀寫(xiě)，其他事務(wù)不能再對(duì)Q進(jìn)行任何操作，直到T釋放Q上的鎖;

　　(2) 共享鎖(S鎖)：若T獲得Q上的S鎖，則T可以對(duì)Q進(jìn)行讀取操作，但不可以修改，同時(shí)，允許其他事務(wù)再申請(qǐng)獲得Q上的S鎖，與T并行讀取Q，但在T釋放Q上的S鎖前，其他事務(wù)不能對(duì)Q做任何修改;

　　9.2.2 加鎖協(xié)議

　　1、 保證數(shù)據(jù)一致性的三級(jí)加鎖協(xié)議：

　　(1) 1級(jí)加鎖協(xié)議要求事務(wù)T在修改數(shù)據(jù)項(xiàng)Q之前必須先對(duì)Q加X(jué)鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放，事務(wù)結(jié)束包括正常結(jié)束和非正常結(jié)束，但事務(wù)如果只對(duì)Q讀而不寫(xiě)，則不需對(duì)Q加鎖;

　　(2) 2級(jí)加鎖協(xié)議是在1級(jí)加鎖協(xié)議基礎(chǔ)上，要求T在讀取Q前必須先對(duì)其加S鎖，讀完后立即釋放S鎖;

　　(3) 3級(jí)加鎖協(xié)議是在1級(jí)加鎖協(xié)議基礎(chǔ)上，要求在讀取Q前必須先對(duì)其加S鎖，但需等到事務(wù)結(jié)束后才釋放S鎖。

　　9.2.3 兩階段鎖協(xié)議

　　1、 兩階段鎖(2PL)基本原理如下：

　　(1) 每個(gè)事務(wù)的執(zhí)行過(guò)程劃分為兩個(gè)階段，加鎖階段和解鎖階段;

　　(2) 在加鎖階段，事務(wù)可以申請(qǐng)獲得任何數(shù)據(jù)項(xiàng)上的任何類(lèi)型的鎖，但是不允許釋放任何鎖;

　　(3) 在解鎖階段，事務(wù)可以釋放任何數(shù)據(jù)上的任何類(lèi)型的鎖，但是不能再申請(qǐng)任何的鎖;

　　(4) 每個(gè)事務(wù)開(kāi)始執(zhí)行后就進(jìn)入加鎖階段，當(dāng)?shù)谝淮吾尫沛i后，即進(jìn)入解鎖階段。

　　9.2.4 鎖粒度

　　1、 施加X(jué)鎖和S鎖的數(shù)據(jù)項(xiàng)大小稱(chēng)為鎖粒度。

　　2、 鎖粒度越大，系統(tǒng)中可以被鎖的數(shù)據(jù)項(xiàng)就越少，事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行度也越低，但同時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)也小，相反，當(dāng)鎖粒度越小時(shí)，事務(wù)的并發(fā)度高，但系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)也較大;

　　9.3 死鎖處理

　　9.3.1 死鎖預(yù)防

　　1、 一次加鎖法

　　該方法要求每個(gè)事務(wù)在開(kāi)始時(shí)必須將需要訪問(wèn)的數(shù)據(jù)項(xiàng)全部加鎖，否則不能執(zhí)行下去，也就是要求事務(wù)必須一次性地獲得對(duì)需要訪問(wèn)的全部數(shù)據(jù)項(xiàng)的訪問(wèn)權(quán);

　　該方法的缺點(diǎn)是：

　　(1) 多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)會(huì)被一個(gè)事務(wù)長(zhǎng)期鎖定獨(dú)占，導(dǎo)致其他事務(wù)無(wú)法及時(shí)訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)項(xiàng)，降低了系統(tǒng)的并發(fā)程度;

　　(2) 由于很難事先精確知道每個(gè)事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中需要加鎖的全部數(shù)據(jù)項(xiàng)，只能擴(kuò)大加鎖范圍，將事務(wù)執(zhí)行時(shí)可能訪問(wèn)的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)全部加鎖，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的并發(fā)程度;

　　2、 順序加鎖法

　　該方法對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中事務(wù)訪問(wèn)的所有數(shù)據(jù)項(xiàng)規(guī)定一個(gè)加鎖順序，每個(gè)事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中必須按此順序?qū)λ�需�?shù)據(jù)加鎖;

　　該方法的缺點(diǎn)：

　　(1) 數(shù)據(jù)庫(kù)中需要加鎖的數(shù)據(jù)項(xiàng)非常多，并且不斷變化，維護(hù)這些數(shù)據(jù)項(xiàng)的加鎖順序很困難，代價(jià)非常大;

　　(2) 事務(wù)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)項(xiàng)有時(shí)無(wú)法事先完全確定，有時(shí)很難要求事務(wù)按照固定的順序?qū)�這些數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行加鎖;

　　9.3.2 死鎖檢測(cè)與恢復(fù)

　　1、 死鎖檢測(cè)

　　(1) 可以利用事務(wù)等待圖進(jìn)行死鎖檢測(cè)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖當(dāng)且僅當(dāng)事務(wù)等待圖中包含回路，而且回路中的所有事務(wù)就是處于死鎖的事務(wù);

　　(2) 數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)地構(gòu)造和維護(hù)事務(wù)等待圖，并周期地檢測(cè)等待圖，如圖中有回路，則說(shuō)明系統(tǒng)中出現(xiàn)了死鎖;

　　2、死鎖恢復(fù)

　　(1) 當(dāng)發(fā)現(xiàn)死鎖存在時(shí)，系統(tǒng)可以通過(guò)死鎖恢復(fù)機(jī)制將系統(tǒng)從死鎖中解救出來(lái)，通常是選取一個(gè)或幾個(gè)死鎖事務(wù)，撤消這些事務(wù)，釋放其所有的鎖，消除事務(wù)等待圖中的回路，從而解決了系統(tǒng)死鎖問(wèn)題;

　　(2) 如果決定撤消哪個(gè)事務(wù)或哪些事務(wù)，有兩個(gè)原則：

　　A、 選擇處于最多條回路交點(diǎn)處的事務(wù);

　　B、 選擇具有最少撤消代價(jià)的事務(wù)。

　　9.4 活鎖處理

　　1、如果一個(gè)事務(wù)在系統(tǒng)不存在死鎖的情況下，長(zhǎng)期得不到DBMS的獲批，處于長(zhǎng)時(shí)間等待中的情況叫活鎖，為了避免活鎖，DBMS可采用先來(lái)先服務(wù)的原則解決。

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