数据库基本概念之事务与并发控制

数据库基本概念之事务与并发控制

• 事务ACID
• 锁

参考资料：关系数据库工作原理简述

数据库事务具有ACID特性

「为什么引入原子性」事务执行过程中可能是不一致的状态，如果能确保事务原子性，除了执行过程中，其它时刻不一致性状态都是不可见的。通过记录redo/undo日志-通过

• 原子性（Atomicity）：数据库事务包含的所有操作，要么全部执行成功，要么完全不执行。执行成功的操作写入数据库，一旦执行失败对数据库没有任何影响。
• 一致性（Consistency）：数据库在事务执行前和执行后都是一致性的状态，即事务的执行是从一个一致性状态转换至另一个一致性状态「完整性约束」
• 隔离性（Isolation）：数据库应该保证：事务不应该读取其他事务产生的不一致的中间数据，因为这样会导致对数据库的错误更新。即，每个事务都感觉不到其它事务在并发的执行。
• 持久性（Durability）：事务执行成功，它对数据库的改变将是永久的--数据库发生故障不应该影响已经成功之行的事务。

事务调度

调度：多个事务的中操作的一个CPU执行顺序。

可串行化调度：如果存在调度S1，使得无论什么数据库初态，调度S1、S效果相同，那么S是可串行化的。

两个事务操作Ii,Ij分别属于事务Ti,Tj冲突的条件

1. 操作Ii,Ij位于不同事务中，即：i!=j
2. 操作面向同一个数据对象
3. 两个操作中至少有一个为写

若调度S经过若干非冲突操作的交换，得到调度S1，那么S和S1是冲突等价的，若S为串行调度则称S1为冲突可串行化。

调度S与S1称为视图可串行化，当满足如下条件：

1. 任意数据项Q，调度S中是Ti读取了初始值，那么调度S1中也是Ti读取了初始值
2. 任意数据项Q，调度S中Ti读取了Tj写入的数据，那么S1中也必须是Ti读取了Tj写入的数据
3. 任意数据项Q，调度S中Ti完成最后写，那么S1中也必须是Ti完成最后写

视图可串行化比冲突可串行化更宽松一点，任意一个视图可串行化非冲突可串行化的调度中，肯定存在盲写（即不读直接写）。级联回滚是由于脏读引起的，避免级联回滚读已提交。如果仍然是读未提交级别的话，需要满足当前事务读的数据的创造者早于。

锁

为什么要引入锁？防止多个事务并发执行时：同时对数据库元素读/写导致非可串行化发生。临界区

如果在访问数据完成立即释放锁，将会导致不一致的情况发生。例如：

T1: X(A)R(A)(A+=50)W(A)U(A)X(B)R(B)(B-=50)W(B)U(B)
T2: S(A)R(A)U(A)S(B)R(B)U(B)display(A+B)

事务执行过程中，SET A、B 100，执行结果可能是250，也可能是150，造成了数据库的不一致性。

若假定事务约定提交时候才释放锁，那么会导致死锁的产生。例如：

T1: W(A)W(B)
T2: W(B)W(A)

在事务T1执行完W（A），需要在B上加X锁才能释放在A上的锁，T2需要在A上加X锁才能释放B上的排他锁，这就导致一个死锁的发生。Ti->Tj表示Tj等待Ti持有的锁，假如等待图中出现环，即表示发生死锁，需回滚其中一个事务才能解决。

饿死： T1持有A上的S锁，T2要在A上加X锁，如果再有事务在A上加S锁，都会排在T2之前，就会导致T2总是不能加排他锁。避免的条件（T要在Q上加M锁）：

1. 不存在其它事务持有Q上与M冲突的锁
2. 等待队列中不存在先于T的事务（先后顺序）

避免死锁的措施：T2需要在Q上加锁，如果Q的等待队列中存在T1，T1需要持有T2已持有的锁，那么把T2放在T1前边。

• 两阶段封锁（two phase lock,2PL）：即在释放锁之前必须把其他的锁都加上。是实现可串行化的充分条件。
• 严格两阶段封锁协议：事务持有的排他锁在事务执行结束才释放
• 强两阶段封锁协议：事务提交之前不得释放任何锁

更新锁：两个事务先加共享锁，然后两个事务都想升级锁，导致的经典死锁问题，更新锁加锁时自己和S一样，已持有后，更排他锁一样

警示锁：用在数据库元素多层次上，IS IX S X对子元素上锁是，必须先对父元素上锁

幻读 :将insert、delete设计成对数据库表粒度的写操作

T1
BEGIN
select count(*) from table1 where id = 1;
*****           <--
end;

begin;
insert into table(id) values(1);
end;

以上例子T1首先对表中所有元组加S锁，正在计算还未提交，事务T2插入了一条符号条件的，但是被漏掉了~

树形结构封锁：例子，索引文件的索引块

• 事务第一个锁可以在树的任意节点上
• 只有事务当前节点的父节点持有锁时才能获得后续的锁
• 节点可以任意时候释放锁
• 事务不能对一个解锁的事务重新上锁，即使改节点在其父节点上仍然持有锁（不能回头）

有效性确认：

• 对于所有经过有效性验证且在T开始前没有完成的U，即满足FIN(U)>START(T)，检测WS(T) WS(U)是否有交叉。
• 对于已经经过有效性验证且在T有效性验证前没有完成的U，