【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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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：
  1. 事务的隔离性
  2. 数据库的一致性

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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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

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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

1. 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。

2. 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。

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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

1. 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。

2. 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。

3. 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。

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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：
  1. 超时法：等待超时后回滚事务。
  2. 等待图法：通过检测图中的循环回路识别死锁。

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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：
  1. 扩展阶段：只加锁不释放。
  2. 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。

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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。

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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。

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9.总结：并发控制技术

1. 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）

2. 核心目标

   • 保证事务隔离性和数据一致性。

3. 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。