【数据库系统概论】并发控制--复习
1. 并发控制概述
并发控制是数据库系统处理多个事务同时执行时,保证数据一致性和事务隔离性的关键技术。
1.1并发操作的特点
- 数据库系统允许多个用户并发访问。
- 典型应用场景:
- 飞机订票系统
- 银行数据库系统
- 网上购物系统
1.2并发操作可能带来的问题
并发事务可能导致数据的不一致性:
-
丢失修改
- 多个事务同时修改同一数据,一个事务的结果可能覆盖另一个事务的结果。
- 例子:两个售票点同时读取和修改机票余额,实际减少两张票,但余额只减少了一张票。
-
脏读
- 一个事务读到了另一个未提交事务的修改,导致数据不一致。
-
不可重复读
- 一个事务读取某数据后,另一个事务对其进行了修改,导致再次读取时数据不同。
-
幻读
- 一个事务按条件查询得到的数据记录集,另一个事务插入或删除了相关记录,导致查询结果不同。
1.3并发控制的任务
- 防止数据不一致,保证:
- 事务的隔离性
- 数据库的一致性
2. 事务的隔离级别
SQL标准定义了四种隔离级别,用来防止并发导致的数据不一致。
2.1隔离级别由低到高依次为:
-
读未提交
- 允许读取未提交事务的数据。
- 可能导致脏读、不可重复读和幻读。
-
读已提交
- 只能读取已提交事务的数据。
- 避免了脏读,但仍可能出现不可重复读和幻读。
-
可重复读
- 一个事务开始后,其他事务不能修改它已读取的数据。
- 避免了脏读和不可重复读,但不能避免幻读。
- MySQL默认级别。
-
可串行化
- 最高隔离级别,所有事务按顺序执行。
- 避免了所有问题,但性能较低。
3. 封锁
封锁是实现并发控制的核心技术。
3.1基本封锁类型
-
共享锁(S锁)
- 允许多个事务读取同一数据,但不允许修改。
- 适用于“读”操作。
-
排它锁(X锁)
- 一个事务对数据加X锁后,其他事务不能再读或修改。
- 适用于“写”操作。
3.2锁的相容性矩阵
| S锁 | X锁 | |
|---|---|---|
| S锁 | Y | N |
| X锁 | N | N |
- Y:相容,多个事务可以同时加锁。
- N:不相容,必须等待锁释放。
4. 封锁协议
封锁协议是使用S锁和X锁时的规则。
4.1三级封锁协议
-
一级封锁协议
- 修改数据前必须加X锁,事务结束后释放。
- 防止丢失修改。
-
二级封锁协议
- 读取数据前加S锁,修改数据前加X锁,事务结束后释放。
- 防止脏读。
-
三级封锁协议
- 读、写前分别加S锁和X锁,事务结束后释放。
- 防止不可重复读。
5. 活锁与死锁
5.1活锁
- 一个事务因优先级低总是得不到锁,处于无限等待状态。
- 解决方法:先来先服务。
5.2死锁
- 两个事务循环等待对方持有的锁。
- 解决方法:
- 超时法:等待超时后回滚事务。
- 等待图法:通过检测图中的循环回路识别死锁。
6. 并发调度的可串行性
6.1可串行化调度
- 并发事务的执行结果与某种顺序的串行执行结果相同。
- 可串行性是判断并发调度正确性的标准。
6.2两段锁协议(2PL)
- 两阶段锁定:
- 扩展阶段:只加锁不释放。
- 收缩阶段:只释放锁不加锁。
- 优点:保证调度的可串行化。
- 缺点:可能导致死锁。
7. 封锁粒度
7.1粒度的选择
- 粒度大:减少开销,但降低并发性。
- 粒度小:提高并发性,但增加系统开销。
7.2多粒度封锁
- 支持同时对数据库的不同层级加锁(如表、元组等)。
- 引入意向锁(IS锁、IX锁):
- 提高加锁效率,避免冲突。
8. 多版本并发控制(MVCC)
8.1特点
- 维护数据的多个版本,避免读写冲突。
- 适用场景:事务读写并发较高的情况下。
- 优点:提高性能,减少事务等待。
- 缺点:产生大量无效版本。
8.2 改进方法(MV2PL)
- 读事务:使用多版本机制。
- 写事务:使用两阶段锁协议。
- 引入验证锁(Certify-Lock):在事务提交时验证数据一致性。
9.总结:并发控制技术
-
主要技术
- 封锁(S锁、X锁)
- 时间戳方法
- 乐观方法
- 多版本并发控制(MVCC)
-
核心目标
- 保证事务隔离性和数据一致性。
-
优化方向
- 平衡隔离级别与性能需求。
- 选择适合应用场景的并发控制机制。
关于更详细的笔记,等考完试再出哈。
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