并发调度的可串行性

• 多事务执行方式
  （1）事务串行执行
  （2）交叉并发方式（Interleaved Concurrency）
  （3）同时并发方式（simultaneous concurrency）

并发操作带来的数据不一致性

1. 丢失修改 （Lost Update）同改丢1
2. 不可重复读 （Non-repeatable Read）读改读
3. 读 “ 脏 ” 数据（Dirty Read）改读撤

数据不一致性：由于并发操作破坏了事务的隔离性
并发控制就是要用正确的方式调度并发操作，使一个用户
事务的执行不受其他事务的干扰，从而避免造成数据的不
一致性

并发控制的主要技术

◼ 封锁(Locking)
◼ 时间戳(Timestamp)
◼ 乐观控制法
◼ 多版本并发控制(MVCC)

基本封锁类型

◼ 排它锁（Exclusive Locks ，简记为X锁）写锁
◼ 共享锁（Share Locks ，简记为S锁）读锁

• 一级封锁协议
  ◼ 事务T 在修改数据R 之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。
  读不加锁
  ⚫ 正常结束（COMMIT）
  ⚫ 非正常结束（ROLLBACK）
  ❖ 一级封锁协议可防止丢失修改，并保证事务T是可恢复的。
  ❖ 在一级封锁协议中，如果仅仅是读数据不对其进
  行修改，是不需要加锁的，所以它不能保证可重
  复读和不读“脏”数据。
• 二级封锁协议
  ◼ 一级封锁协议加上事务T 在读取数据R之前必须先对其加S 锁，读完后即可释放S锁。
  ❖ 二级封锁协议可以防止丢失修改和读“脏”数据。
  ❖ 在二级封锁协议中，由于读完数据后即可释放S
  锁，所以它不能保证可重复读。
• 三级封锁协议
  ◼ 一级封锁协议加上事务T 在读取数据R之前必须先对其
  加S锁，直到事务结束才释放。
  ❖ 三级封锁协议可防止丢失修改、读脏数据和不可
  重复读。

三级协议的主要区别
◼ 什么操作需要申请封锁以及何时释放锁（即持锁时间）
丢、脏、复读

❖ 避免活锁： 采用先来先服务的策略
❖ 解决死锁：

1. 死锁的预防
   （1）一次封锁法
   （2）顺序封锁法
2. 死锁的诊断与解除
   （1）超时法
   （2）等待图法

❖ 可串行化(Serializable)调度
◼ 多个事务的并发执行是正确的，当且仅当其结果与
按某一次序串行地执行这些事务时的结果相同
❖ 可串行性(Serializability)
◼ 是并发事务正确调度的准则
◼ 一个给定的并发调度，当且仅当它是可串行化的，
才认为是正确调度
❖ 一个调度Sc在保证冲突操作的次序不变的情况下，
通过交换两个事务不冲突操作的次序得到另一个调
度Sc’，如果Sc’是串行的，称调度Sc是冲突可串行化的调度
❖ 若一个调度是冲突可串行化，则一定是可串行化的调度
❖ 冲突可串行化调度是可串行化调度的充分条件，不是必要
条件。还有不满足冲突可串行化条件的可串行化调度。

❖ 数据库管理系统普遍采用两段锁协议的方法实现
并发调度的可串行性，从而保证调度的正确性
❖ 两段锁协议
指所有事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁
◼ 在对任何数据进行读、写操作之前，事务首先要获得
对该数据的封锁 扩展阶段
◼ 在释放一个封锁之后，事务不再申请和获得任何其他
封锁 收缩阶段

❖ 事务遵守两段锁协议是可串行化调度的充分条件，而不是
必要条件。
❖ 若并发事务都遵守两段锁协议，则对这些事务的任何并发
调度策略都是可串行化的
❖ 若并发事务的一个调度是可串行化的，不一定所有事务都
符合两段锁协议

❖ 两段锁协议与防止死锁的一次封锁法
◼ 一次封锁法要求每个事务必须一次将所有要使用的数
据全部加锁，否则就不能继续执行，因此一次封锁法
遵守两段锁协议
◼ 但是两段锁协议并不要求事务必须一次将所有要使用
的数据全部加锁，因此遵守两段锁协议的事务可能发
生死锁

❖ 封锁对象的大小称为封锁粒度(Granularity)

❖ 多粒度树
◼ 以树形结构来表示多级封锁粒度
◼ 根结点是整个数据库，表示最大的数据粒度
◼ 叶结点表示最小的数据粒度

❖ 允许多粒度树中的每个结点被独立地加锁
❖ 对一个结点加锁意味着这个结点的所有后裔结点
也被加以同样类型的锁
❖ 在多粒度封锁中一个数据对象可能以两种方式封
锁：显式封锁和隐式封锁
❖ 显式封锁: 直接加到数据对象上的封锁
❖ 隐式封锁:是该数据对象没有独立加锁，是由于其上级结点加锁而使该数据对象加上了锁
❖ 引进意向锁（intention lock）目的 ）目的
◼ 提高对某个数据对象加锁时系统的检查效率
❖ 意向共享锁(Intent Share Lock ，简称IS 锁)
❖ 意向排它锁(Intent Exclusive Lock ，简称IX 锁)
❖ 共享意向排它锁(Share Intent Exclusive Lock，简称SIX 锁）
❖ 锁的强度
◼ 锁的强度是指它对其他锁的排斥程度
◼ 一个事务在申请封锁时
以强锁代替弱锁是安全的，反之则不然

❖ 具有意向锁的多粒度封锁方法
◼ 申请封锁时应该按自上而下的次序进行
◼ 释放封锁时则应该按自下而上的次序进行

❖ 具有意向锁的多粒度封锁方法
◼ 提高了系统的并发度
◼ 减少了加锁和解锁的开销
◼ 在实际的数据库管理系统产品中得到广泛应用