3 事务处理与并发控制

事务与并发控制,Transaction and parallel control,Contents,1,2,3,4,事务的概念,并发控制概述,死锁的产生与处理,事务调度的可串行性,知识回顾及场景分析,数据库系统的首要目的：,保证数据的正确性,“任何情况下”,正常运行还是产生故障,单个用户运行还是多用户并发,DB,1,1,一次转账：从 A 账户转1000到 B 账户,1） 读 A 的余额,2） A-1000A,3） 读 B 的额度,4） B+1000B,问题：若在第三步的时候出现故障？,知识回顾及场景分析,2,什么是事务,事务是对数据库的一个操作序列,事务的定义方式,显式定义,Begin Transaction;Commit;,Begin Transaction;Rollback;,隐式定义,按照某种规则自动划分,事务是对数据库的一个操作序列,事务的定义方式,2,什么是事务,Begin Transaction; Read(A); A=A-1000; IF A0 THEN 输出“金额不足”； Rollback; ELSE Write(A); Read(B); B=B+1000; Write(B);Commit;,定义事务,2,什么是事务,3,事务的特性,1、原子性 （Atomicity）,逻辑单元要么全做或全不做,Begin Transaction; Read(A); A=A-1000; IF A0 THEN 输出“金额不足”； Rollback; ELSE Write(A); Read(B); B=B+1000; Write(B);Commit;,3,事务的特性,2、一致性 （Consistency）,数据正确性不被破坏,Begin Transaction; Read(A); A=A-1000; IF A0 THEN 输出“金额不足”； Rollback; ELSE Write(A); Read(B); B=B+100; Write(B);Commit;,3,事务的特性,Begin Transaction; Read(A); A=A-1000; IF A0 THEN 输出“金额不足”；Rollback; ELSE Write(A); Read(B); B=B+100; Write(B);Commit;,原子性与一致性与的对比,原子性由系统保障,一致性由用户和程序员保障,3,事务的特性,3、永久性 （Durability）,事务一旦提交，对数据库的改变永久地留在数据库中，发生了故障也不会丢失，除非其它事务改变它,1,知识回顾及场景分析,“任何情况下”,正常运行还是产生故障,单个用户运行还是多用户并发,问题探讨,保障了原子性和一致性，能保障数据的正确性吗？,T1 T2 R(A)=16 R(B)=17 求和=33 R(A)=16 A*2A W(A) R(A)=32 R(B)=17 求和=49,不可重复读,问题探讨,保障了原子性和一致性，能保障数据的正确性吗？,T1 T2 R(A)=16 A*2A W(A)=32 R(A)=32 ROLLBACK A恢复为16,读脏数据,问题探讨,保障了原子性和一致性，能保障数据的正确性吗？,T1 T2 R(A)=16 R(A)=16 A-1A W(A) A-1A W(A),丢失更新错误,3,事务的特性,4、隔离性（Isolation）,一个事务的执行不能被其它干扰,如何保障事务的隔离性呢？,T1 T2 R(A)=16 R(A)=16 A-1A W(A) A-1A W(A),隔离性的实现,3,事务的特性,4、隔离性（Isolation）,封锁机制,采用合适的调度方案,3,事务的特性,4、隔离性（Isolation）,封锁机制,T1 T2 R(A)=16 R(B)=17 求和=33 R(A)=16 A*2A W(A) R(A)=32 R(B)=17 求和=49,T1 T2 Lock(A),Lock(B) R(A)=16 R(B)=17 求和=33 : R(A) R(A)=16 等待 R(B)=17 等待 求和=33 等待 Ulock(A) 等待 Ulock(B) 等待 A*2A W(A)=32,不可重复读,3,事务的特性,4、隔离性（Isolation）,T1 T2 R(A)=16 R(A)=16 A-1A W(A) A-1A W(A),封锁机制,T1 T2 Lock(A) R(A)=16 R(A) 等待 A-1A 等待 W(A) 等待 ULOCK(A) 等待 R(A)=15 A-1A W(A),丢失更新,3,事务的特性,4、隔离性（Isolation）,封锁机制,T1 T2 Lock(A),Lock(B) R(A)=16 R(B)=17 求和=33 : R(A) R(A)=16 等待 R(B)=17 等待 求和=33 等待 Ulock(A) 等待 Ulock(B) 等待 A*2A W(A)=32,问题：,封锁时机？,带来的问题？,3,事务的特性,4、隔离性（Isolation）,封锁机制,T1 T2 Lock(A),Lock(B) R(A)=16 R(B)=17 求和=33 : R(A) R(A)=16 等待 R(B)=17 等待 求和=33 等待 Ulock(A) 等待 Ulock(B) 等待 A*2A W(A)=32,问题：,封锁时机？,带来的问题？,并发度问题,3,事务的特性,4、隔离性（Isolation）,封锁机制,T1 T2 Lock(A),Lock(B) R(A)=16 R(B)=17 求和=33 : R(A) R(A)=16 等待 R(B)=17 等待 求和=33 等待 Ulock(A) 等待 Ulock(B) 等待 A*2A W(A)=32,问题：,封锁时机？,带来的问题？,并发度问题,死锁问题,3,事务的特性,4、隔离性（Isolation）,封锁机制,问题：,封锁时机？,带来的问题？,并发度问题,死锁问题,T1 T2 Lock(A), ： ： Lock(B) ： : Lock(B) ： 等待 Lock(A) 等待 等待 等待 等待 等待 等待,思考,采用什么封锁策略，来尽可能 地提高并发度,系统的对事务的隐式划分采用什么原则？,思考,并发控制概述,1,2,3,4,并发故障分析,封锁,三级封锁协议,思考,丢失更新读脏数据不可重复读,1,故障产生的原因分析,赋予事务一定的独占权限,封 锁,破坏了事务的隔离性：,锁的概念及作用,使用数据前，对数据进行封锁,使用数据结束后，释放锁,封锁期间，不允许其它事务更新数据,2,封锁,T1 T2 R(A)=16 R(A)=16 A-1A W(A) A-1A W(A),T1 T2 Lock(A) R(A)=16 R(A) 等待 A-1A 等待 W(A) 等待 ULOCK(A) 等待 R(A)=15 A-1A W(A),丢失更新,锁的概念及作用,2,封锁,封锁带来的问题分析,独占性共享度降低,对封锁进行分类,对封锁的时长进行控制,2,封锁,2,封锁,锁的分类,读锁（共享锁）：S,写锁（排它锁）：X,2,封锁,锁的相容矩阵,3,封锁协议,何时申请封锁,何时释放锁（持锁时间）,3,封锁协议,一级封锁协议：,事务T在修改数据A之前，先对其加X锁，直到事务结束才释放,T1 T2 X(A) R(A)=16 X(A) 等待 等待 A-1A 等待 W(A) 等待 ULOCK(A) 等待 R(A)=15 A-1A W(A) ULOCK(A),3,封锁协议,T1 T2 Xlock(A) R(A)=16 A*2A W(A)=32 R(A)=32 ROLLBACK A恢复为16 ULOCK(A),二级封锁协议：,事务T在读数据A之前，先对其加S锁，读完后释放,3,封锁协议,T1 T2 XLock(A) R(A)=16 A*2A W(A)=32 SLock(A) R(A) 等待 ROLLBACK 等待 A恢复为16 等待 ULOCK(A) 等待 R(A),二级封锁协议：,事务T在读数据A之前，先对其加S锁，读完后释放,T1 T2 SLock(A, B) R(A)=16 R(B)=17 求和=33 ULOCK(A,B) R(A)=16 A*2A W(A) SLock(A,B) R(A)=32 R(B)=17 求和=49 Ulock(A, B),3,封锁协议,三级封锁协议：,事务T在读数据A之前，先对其加S锁，直到事务结束后释放,T1 T2 SLock(A, B) R(A)=16 R(B)=17 求和=33 x(A) 等待 等待 等待 S(A,B) 等待 R(A)=16 等待 R(B)=17 等待 求和=33 等待,3,封锁协议,三级封锁协议：,事务T在读数据A之前，先对其加S锁，直到事务结束后释放,3,封锁协议,问题：为什么要对封锁协议进行分级处理呢？,总结与思考,总 结,思 考： 1. 只要遵守三级封锁协议就一定能保证事务的调度结果是正确的吗？可串行化问题 2. 封锁会带来什么样的负面问题呢？ 死锁,死锁的产生与处理,1,2,3,4,5,分析,Contents,死锁的概念,死锁的预防,死锁的诊断与解除,思考,1,回顾与分析,封锁机制,A,LOCK(A),LOCK(A),T1,T2,一次购票案例分析,1,回顾与分析,2,死锁的概念及产生,死锁的概念,如何解决死锁问题呢？,预防死锁,诊断死锁,解除死锁,多个事务因竞争资源而出现的互相等待现象,3,死锁预防,方案一：推迟T2的访问时间,LOCK(A),LOCK(B),T1,T2,LOCK(B),方案二：提早T1的封锁时间,LOCK(A),LOCK(B),LOCK(B),LOCK(A),T1,T2,一次封锁法,3,死锁预防,一次封锁法分析,LOCK(A1),T1,T2,LOCK(A2),LOCK(A100),： ：,功能上分析,性能上分析,预防策略不可行,3,死锁预防,4,死锁诊断与解除,1、超时法,时长的设置,时间长,时间短,性能问题,功能问题,2、事务等待图法,4,死锁诊断与解除,判断有向环,T1,T2,T3,T4,4,死锁诊断与解除,消除有向环,如何判断有向图中存在环？如何撤销合适的事务来解除死锁？,总结与思考,思考,并发调度的可串行性,1,分析,2,并发调度的正确准则,3,2PL封锁协议,2PL与可串行化,4,5,总结与思考,Contents,1,回顾与引入,调度的正确性判断准则,问题： 采用封锁机制就一定能保证一个调度是正确 的吗？,事务的执行方式,1.串行执行,2.交叉并发,2,并发调度的准确性判断,T1 T2 R(A)=16 R(A)=16 A-1A W(A)=15 A-1A W(A)=15,一次购票的案例分析：,T1,T2,2,并发调度的准确性判断,T1 T2 R(A)=16 R(A)=16 A-1A W(A)=15 A-1A W(A)=15,T1,T2,与某一次串行执行结果相同,一次购票的案例分析：,2,并发调度的准确性判断,2,并发调度的准确性判断,T1 T2 Lock(A) R(A)=16 lock(A) 等待 A-1A 等待 W(A)=15 等待 Ulock(A) 等待 R(A)=15 A-1A W(A)=14 Ulock(A),T1 T2 R(A)=16 R(A)=16 A-1A W(A)=15 A-1A W(A)=15,T1,T2,与某一次串行执行结果相同,2,并发调度的正确性准则,T1:R(B),A=B+1，W(A),A=B=2,T2:R(A),B=A+1，W(B),T1 T2 Slock(B)Y=R(B)=2Ulock(B)Xlock(A)A=Y+1=3W(A)=3Ulock(A) Slock(A) Y=R(A)=3 Ulock(A) Xlock(B) B=Y+1=4 W(B)=4 Ulock(B),A=3, B=4,2,并发调度的正确性准则,T1:R(B),A=B+1，W(A),A=B=2,T2:R(A),B=A+1，W(B),T1 T2 Slock(A) Y=R(A)=2 Ulock(A) Xlock(B) B=Y+1=3 W(B)=3 Ulock(B)Slock(B)Y=R(B)=3Ulock(B)Xlock(A)A=Y+1=4W(A)=4Ulock(A),A=4, B=3,2,并发调度的正确性准则,T1:R(B),A=B+1，W(A),A=B=2,T2:R(A),B=A+1，W(B),T1 T2 Slock(B)Y=R(B)=2 Slock(A) X=R(A)=2Ulock(B) Ulock(A)Xlock(A)A=Y+1=3W(A)=3 Xlock(B) B=X+1=3 W(B)=3 Ulock(A) Ulock(B),A=3, B=3,如何来保证一个调度是正确的呢？,封锁协议,封锁机制,封锁策略,3,两段锁封锁协议（2PL）,在对任何数据进行读、写操作前，首先申请并获得对该数据的封锁,一个事务在释放一个封锁后，就不允许再申请任何封锁,3,两段锁封锁协议（2PL）,遵守2PL:,不遵守2PL:,Slock(A) Slock(B) ulock(A) lock(C) ulock(C) ulock(B),4,2PL封锁协议与可串行化,定理： 若并发的事务都遵守2PL， 则这些事务的 任何并发调度都是可串行化的,遵守2PL,调度可串行化,4,“2PL” 与 “一次封锁法”,一次封锁法必定是 遵守2PL的,2PL封锁协议与可串行化,3,一次封锁法可以避免死锁的发生,遵守2PL是可能发生死锁的,事务T1 事务T2Lock(B) R(B) Lock(A) R(A) Lock(A) 等待 等待 Lock(B)等待 等待等待 等待,2PL封锁协议与可串行化,“2PL”