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1、An Introduction to Database System,数据库系统概论 An Introduction to Database System 第十一章 并发控制,An Introduction to Database System,问题的产生,多用户数据库系统的存在 允许多个用户同时使用的数据库系统 飞机定票数据库系统 银行数据库系统 特点：在同一时刻并发运行的事务数可达数百个,An Introduction to Database System,问题的产生（续）,不同的多事务执行方式 (1)事务串行执行 每个时刻只有一个事务运行，其他事务必须等到这个事务结束以后方能运行 不能充
2、分利用系统资源，发挥数据库共享资源的特点,T1,T2,T3,事务的串行执行方式,An Introduction to Database System,问题的产生（续）,(2)交叉并发方式（Interleaved Concurrency） 在单处理机系统中，事务的并行执行是这些并行事务的并行操作轮流交叉运行 单处理机系统中的并行事务并没有真正地并行运行，但能够减少处理机的空闲时间，提高系统的效率,An Introduction to Database System,问题的产生（续）,事务的交叉并发执行方式,An Introduction to Database System,问题的产生（续）,(
3、3)同时并发方式（simultaneous concurrency） 多处理机系统中，每个处理机可以运行一个事务，多个处理机可以同时运行多个事务，实现多个事务真正的并行运行,An Introduction to Database System,问题的产生（续）,事务并发执行带来的问题 会产生多个事务同时存取同一数据的情况 可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务一致性和数据库的一致性 DBMS必须提供并发控制机制 并发控制机制是衡量一个DBMS性能的重要标志之一,An Introduction to Database System,第十一章 并发控制,11.1 并发控制概述 11.2 封锁 11
4、.3 活锁和死锁 11.4 并发调度的可串行性 11.5 两段锁协议 11.6 封锁的粒度 11.7 小结,An Introduction to Database System,11.1 并发控制概述,并发控制机制的任务 对并发操作进行正确调度 保证事务的隔离性 保证数据库的一致性,An Introduction to Database System,T1的修改被T2覆盖了！,并发控制概述（续）,并发操作带来数据的不一致性实例 例1飞机订票系统中的一个活动序列 甲售票点(甲事务)读出某航班的机票余额A，设A=16； 乙售票点(乙事务)读出同一航班的机票余额A，也为16； 甲售票点卖出一张机票，
5、修改余额AA-1，所以A为15，把A写回数据库； 乙售票点卖出三张机票，修改余额AA-1，所以A为15，把A写回数据库 结果明明卖出两张机票，数据库中机票余额只减少1,An Introduction to Database System,并发控制概述（续）,这种情况称为数据库的不一致性，是由并发操作引起的。 在并发操作情况下，对甲、乙两个事务的操作序列的调度是随机的。 若按上面的调度序列执行，甲事务的修改就被丢失。 原因：第4步中乙事务修改A并写回后覆盖了甲事务的修改,An Introduction to Database System,并发控制概述（续）,并发操作带来的数据不一致性 丢失修改
6、（Lost Update） 不可重复读（Non-repeatable Read） 读“脏”数据（Dirty Read） 记号 R(x):读数据x W(x):写数据x,An Introduction to Database System,1. 丢失修改,丢失修改是指两个事务T1和T2从数据库中读入同一数据并修改，事务T2的提交结果破坏了事务T1提交的结果，导致T1的修改被丢失。 上面飞机订票例子就属此类,An Introduction to Database System,丢失修改（续）,丢失修改,T1的修改被T2覆盖了！,An Introduction to Database System,2
7、. 不可重复读,不可重复读是指事务T1读取数据后，事务T2 执行更新操作，使T1无法再现前一次读取结果。,An Introduction to Database System,不可重复读（续）,事务1读取某一数据后： 1。事务2对其做了修改，当事务1再次读该数据时，得到与前一次不同的值。 2. 事务2删除了其中部分记录，当事务1再次读取数据时，发现某些记录神密地消失了。 3. 事务2插入了一些记录，当事务1再次按相同条件读取数据时，发现多了一些记录。 后两种不可重复读有时也称为幻影现象（phantom row）,An Introduction to Database System,不可重复读（
8、续）,T1读取B=100进行运算 T2读取同一数据B，对其进行修改后将B=200写回数据库。 T1为了对读取值校对重读B，B已为200，与第一次读取值不一致,不可重复读,例如：,An Introduction to Database System,3. 读“脏”数据,读“脏”数据是指： 事务T1修改某一数据，并将其写回磁盘 事务T2读取同一数据后，T1由于某种原因被撤销 这时T1已修改过的数据恢复原值，T2读到的数据就与数据库中的数据不一致 T2读到的数据就为“脏”数据，即不正确的数据,An Introduction to Database System,读“脏”数据（续）,例如,读“脏”数据
9、,T1将C值修改为200，T2读到C为200 T1由于某种原因撤销，其修改作废，C恢复原值100 这时T2读到的C为200，与数据库内容不一致，就是“脏”数据,An Introduction to Database System,并发控制概述（续）,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,An Introduction to Database System,并发控制概述（续）,并发控制的主要技术 有封锁(Locking) 时间戳(Timestamp) 乐观控制法 商用的DBMS一般
10、都采用封锁方法,An Introduction to Database System,第十一章 并发控制,11.1 并发控制概述 11.2 封锁 11.3 活锁和死锁 11.4 并发调度的可串行性 11.5 两段锁协议 11.6 封锁的粒度 11.7 小结,An Introduction to Database System,11.2 封锁,什么是封锁 基本封锁类型 锁的相容矩阵,An Introduction to Database System,什么是封锁,封锁就是事务T在对某个数据对象（例如表、记录等）操作之前，先向系统发出请求，对其加锁 加锁后事务T就对该数据对象有了一定的控制，在事务
11、T释放它的锁之前，其它的事务不能更新此数据对象。,An Introduction to Database System,基本封锁类型,一个事务对某个数据对象加锁后究竟拥有什么样的控制由封锁的类型决定。 基本封锁类型 排它锁（Exclusive Locks，简记为X锁） 共享锁（Share Locks，简记为S锁）,An Introduction to Database System,排它锁,排它锁又称为写锁 若事务T对数据对象A加上X锁，则只允许T读取和修改A，其它任何事务都不能再对A加任何类型的锁，直到T释放A上的锁 保证其他事务在T释放A上的锁之前不能再读取和修改A,An Introduc
12、tion to Database System,共享锁,共享锁又称为读锁 若事务T对数据对象A加上S锁，则其它事务只能再对A加S锁，而不能加X锁，直到T释放A上的S锁 保证其他事务可以读A，但在T释放A上的S锁之前不能对A做任何修改,An Introduction to Database System,锁的相容矩阵,An Introduction to Database System,锁的相容矩阵（续）,在锁的相容矩阵中： 最左边一列表示事务T1已经获得的数据对象上的锁的类型，其中横线表示没有加锁。 最上面一行表示另一事务T2对同一数据对象发出的封锁请求。 T2的封锁请求能否被满足用矩阵中的Y
13、和N表示 Y表示事务T2的封锁要求与T1已持有的锁相容，封锁请求可以满足 N表示T2的封锁请求与T1已持有的锁冲突，T2的请求被拒绝,An Introduction to Database System,续： 封锁协议,在运用X锁和S锁对数据对象加锁时，需要约定一些规则：封锁协议（Locking Protocol） 何时申请X锁或S锁 持锁时间、何时释放 不同的封锁协议，在不同的程度上为并发操 作的正确调度提供一定的保证 常用的封锁协议：三级封锁协议,An Introduction to Database System,1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
14、正常结束（COMMIT） 非正常结束（ROLLBACK） 1级封锁协议可防止丢失修改 在1级封锁协议中，如果是读数据，不需要加锁的，所以它不能保证可重复读和不读“脏”数据。,An Introduction to Database System,1级封锁协议,没有丢失修改,事务T1在读A进行修改之前先对A加X锁 当T2再请求对A加X锁时被拒绝 T2只能等待T1释放A上的锁后T2获得对A的X锁 这时T2读到的A已经是T1更新过的值15 T2按此新的A值进行运算，并将结果值A=14送回到磁盘。避免了丢失T1的更新。,An Introduction to Database System,1级封锁协议,
15、读“脏”数据,An Introduction to Database System,1级封锁协议,不可重复读,An Introduction to Database System,2级封锁协议,1级封锁协议+事务T在读取数据R前必须先加S锁，读完后即可释放S锁 2级封锁协议可以防止丢失修改和读“脏”数据。 在2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。,An Introduction to Database System,2级封锁协议,不可重复读,An Introduction to Database System,3级封锁协议,1级封锁协议 + 事务T在读取数据R之前
16、必须先对其加S锁，直到事务结束才释放 3级封锁协议可防止丢失修改、读脏数据和不可重复读。,An Introduction to Database System,3级封锁协议,可重复读,事务T1在读A，B之前，先对A，B加S锁 其他事务只能再对A，B加S锁，而不能加X锁，即其他事务只能读A，B，而不能修改 当T2为修改B而申请对B的X锁时被拒绝只能等待T1释放B上的锁 T1为验算再读A，B，这时读出的B仍是100，求和结果仍为150，即可重复读 T1结束才释放A，B上的S锁。T2才获得对B的X锁,An Introduction to Database System,3级封锁协议,不读“脏”数据,事务T1在对C进行修改之前，先对C加X锁，修改其值后写回磁盘 T2请求在C上加S锁，因T1已在C上加了X锁，T2只能等待 T1因某种原因被撤销，C恢复为原值100 T1释放C上的X锁后T2获得C上的S锁，读C=100。避免了T2读“脏”数据,An Introduction to Database System,4封锁协议小结,三级协议的主要区
