并發(fā)控制課件

7.5并發(fā)控制第7章數(shù)據(jù)庫保護技術(shù)1主要內(nèi)容數(shù)據(jù)庫并發(fā)操作帶來的數(shù)據(jù)不一致問題鎖鎖協(xié)議封鎖帶來的問題：活鎖和死鎖并發(fā)操作的調(diào)度2并發(fā)控制數(shù)據(jù)庫是一個可以供多個用戶共同使用的共享資源。串行訪問，每個時刻只能有一個用戶應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫進行存取，其它用戶程序必須等待。缺點：制約數(shù)據(jù)庫訪問效率的瓶頸，不利于數(shù)據(jù)庫資源的利用。并行訪問，通過并發(fā)控制機制允許多個用戶并發(fā)地訪問數(shù)據(jù)庫。37.5.1DB并發(fā)操作帶來的數(shù)據(jù)不一致問題例7.16在一個飛機訂票系統(tǒng)中，可能會出現(xiàn)的業(yè)務(wù)：（1）甲售票點讀航班X的機票余額數(shù)為A=25；（2）緊接著，乙售票點讀同一航班X的機票余額數(shù)A=25；（3）甲售票點賣出一張機票，然后修改機票余額數(shù)A=A-1為24，并把A寫回數(shù)據(jù)庫；（4）乙售票點也賣出一張機票,同樣接著修改機票余額數(shù)A=A-1為24，并把A寫回數(shù)據(jù)庫。設(shè)甲售票點對應(yīng)于事務(wù)T1，乙售票點對應(yīng)于事務(wù)T2，則上述事務(wù)過程的描述如圖5時間T1T2DB中的A值t025t1read(A)t2read(A)t3A:=A-1t4write(A)t524t6A:=A-1t7write(A)t824丟失修改（1）丟失修改6時間T1T2DB中的A值t025t1read(A)t2read(A)t3A:=A-10t4write(A)t515讀過時數(shù)據(jù)（2）讀過時數(shù)據(jù)7DB并發(fā)操作帶來的三類數(shù)據(jù)不一致問題并發(fā)操作可能帶來的數(shù)據(jù)不一致性情況有三種（1）丟失修改（2）讀過時數(shù)據(jù)（3）讀“臟”數(shù)據(jù)9產(chǎn)生原因：

并發(fā)操作破壞了事務(wù)的隔離性并發(fā)控制就是要通過正確的調(diào)度方式，使一個用戶事務(wù)的執(zhí)行不受其它事務(wù)的干擾，從而避免造成數(shù)據(jù)的不一致性。DB并發(fā)操作帶來的三類數(shù)據(jù)不一致問題107.5.2鎖定義鎖是防止存取同一資源的用戶之間出現(xiàn)不正確地修改數(shù)據(jù)或不正確地更改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種機制。基本的鎖方式有二種：排它鎖(ExclusiveLocks，簡記為X鎖)共享鎖(ShareLocks，簡記為S鎖)

11（2）共享鎖(S鎖)當(dāng)某個事務(wù)T希望阻止其它事務(wù)修改正為它讀取的某個數(shù)據(jù)項A時，則該事務(wù)可以對A加共享鎖，共享鎖又稱為讀鎖。本事務(wù)：讀A，不能修改A其它事務(wù)：加S鎖讀A，在T釋放A上S鎖之前不能修改A13SX-S×X××S鎖和X鎖的共存相容矩陣147.5.3鎖協(xié)議當(dāng)一個事務(wù)T要對某個項加鎖時，還必須遵守某種規(guī)則，比如在什么條件下可以申請S鎖或X鎖，持鎖時間如何確定、何時釋放鎖等。一般稱這些規(guī)則為鎖協(xié)議（LockingProtocol）。對加鎖方式規(guī)定不同的規(guī)則，就形成了不同的鎖協(xié)議。不正確的并發(fā)操作可能帶來的丟失修改、讀過時數(shù)據(jù)和讀“臟”數(shù)據(jù)等不一致性問題，三級鎖協(xié)議在不同程度上可以解決這些問題。15事務(wù)T要修改數(shù)據(jù)R：申請加X鎖？等待加X鎖YNT結(jié)束釋放X鎖（1）一級鎖協(xié)議本事務(wù)：讀R，修改R；用COMMIT和ROLLBACK釋放X鎖其它事務(wù)：在T結(jié)束前不能讀R，也不能修改R

作用：防止丟失修改17（2）二級鎖協(xié)議二級鎖協(xié)議除包括一級鎖協(xié)議的內(nèi)容外，還包括如下規(guī)則：事務(wù)T在讀數(shù)據(jù)R之前必須先對數(shù)據(jù)R所在的項申請加S鎖，在獲得了S加鎖后，讀完數(shù)據(jù)R后即可釋放所加的S鎖。如果未獲準加S鎖，則該事務(wù)T進入等待狀態(tài)，直到獲準S加鎖后該事務(wù)才繼續(xù)執(zhí)行。18事務(wù)T要讀數(shù)據(jù)R：申請加S鎖？等待加S鎖讀數(shù)據(jù)YN釋放S鎖（2）二級鎖協(xié)議一級鎖協(xié)議＋本事務(wù)：讀R，不能修改R；用UNLOCK釋放S鎖(不需等T結(jié)束)

其它事務(wù)：可加S鎖讀R，不能修改R

作用：防止丟失修改，防止讀“臟”數(shù)據(jù)19事務(wù)T要讀數(shù)據(jù)R：申請加S鎖？等待加S鎖讀數(shù)據(jù)YNT結(jié)束釋放S鎖（3）三級鎖協(xié)議一級鎖協(xié)議＋

本事務(wù)：讀R，不能修改R；用COMMIT和ROLLBACK釋放其它事務(wù)：可加S鎖讀R，不能修改R

作用：防止丟失修改，防止讀“臟”數(shù)據(jù)，防止讀過時數(shù)據(jù)217.5.4封鎖帶來的問題（1）活鎖如果事務(wù)T1封鎖了數(shù)據(jù)R，事務(wù)T2又請求封鎖R，于是T2等待，T3也請求封鎖R，當(dāng)T1釋放了R上的封鎖之后，系統(tǒng)首先批準了T3的請求，T2仍然等待，然后T4又請求封鎖R，當(dāng)T3釋放了R上的封鎖之后，系統(tǒng)又批準了T4的請求，T2繼續(xù)等待，……，如此下去，T2有可能永遠等待。這種可能存在某個事務(wù)永遠處于等待狀態(tài)、得不到封鎖的機會的現(xiàn)象，稱為活鎖。解決方法：先來者先執(zhí)行。22T1T2①②④③（2）死鎖兩個或兩個以上的事務(wù)都處于等待狀態(tài)，每個事務(wù)都在等待其中另一個事務(wù)解除封鎖，它才能繼續(xù)執(zhí)行下去，結(jié)果任何一個事務(wù)都無法繼續(xù)執(zhí)行，這種現(xiàn)象稱為死鎖。23（3）死鎖的預(yù)防（OS）②順序加鎖法預(yù)先對數(shù)據(jù)項規(guī)定一個加鎖順序，所有事務(wù)都按這個順序進行加鎖。缺點：很難按規(guī)定的順序進行加鎖。25（4）死鎖的檢測與解除1）超時法如果一個事務(wù)的等待時間超過了規(guī)定的時限，就認為發(fā)生了死鎖。優(yōu)點：實現(xiàn)簡單缺點：有可能誤判死鎖若時限設(shè)置的太長，可能出現(xiàn)死鎖發(fā)生后不能及時發(fā)現(xiàn)的情況。26（4）死鎖的檢測與解除2）有向等待圖法①檢測死鎖②解除死鎖選擇一個處理死鎖代價最小的事務(wù)，將其撤消，釋放它持有的所有鎖。297.5.5并發(fā)調(diào)度的可串行性通常情況下，如果一個事務(wù)在執(zhí)行過程中沒有與其它事務(wù)并發(fā)運行，也就是說該事務(wù)的執(zhí)行沒有受到其它事務(wù)干擾時，就認為該事務(wù)的運行結(jié)果是正常的或者是預(yù)想的。也就是說，當(dāng)多個事務(wù)串行執(zhí)行時，各事務(wù)的運行結(jié)果一定是正確的。因此，僅當(dāng)幾個事務(wù)的并發(fā)運行結(jié)果與這些事務(wù)按某一次序串行運行的結(jié)果相同時，這樣的并發(fā)操作才是正確的。307.5.5并發(fā)調(diào)度的可串行性通常把按某一執(zhí)行次序安排的事務(wù)執(zhí)行的步驟稱為調(diào)度(Schedule)。多個事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行是正確的，當(dāng)且僅當(dāng)其結(jié)果與按某一順序串行地執(zhí)行它們時的結(jié)果相同。稱這種調(diào)度稱為可串行化（Serializable）調(diào)度?？纱行裕⊿erializability）是并發(fā)事務(wù)正確性的判別準則。按照這個準則的規(guī)定，一個給定的并發(fā)調(diào)度，當(dāng)且僅當(dāng)它可串行化時，才認為是正確的調(diào)度。317.5.5并發(fā)調(diào)度的可串行性示例事務(wù)T1：從賬號A將數(shù)量為100的款項轉(zhuǎn)到賬號B；事務(wù)T2：從賬號B將20％的款項轉(zhuǎn)到賬號C。假設(shè)A、B和C的初值分別為600、300和100。32(a)(b)T2Read(A) A:=A-100Write(A)Read(B) B:=B+100Write(B) Read(B) Temp:=B*0.2B:=B-tempWrite(B)Read(C) C:=C+tempWrite(C)Read(B)Temp:=B*0.2B:=B-tempWrite(B)Read(C) C:=C+tempWrite(C)Read(A)A:=A-100Write(A)Read(B)B:=B+100Write(B)T2T1T1正確的并發(fā)調(diào)度33T1T2T1T2Read(A) A:=A-100Write(A) Read(B)Temp:=B*0.2B:=B-tempWrite(B)Read(B) B:=B+100Write(B) Read(C)C:=C+tempWrite(C)Read(A)A:=A-100Write(A)Read(B)B:=B+100Write(B)Read(B)Temp:=B*0.2B:=B-tempWrite(B)Read(C) C:=C+tempWrite(C)(c)(d)正確的.vs.錯誤的并發(fā)調(diào)度347.5.6兩段鎖協(xié)議DBMS普遍采用加鎖方法實現(xiàn)并發(fā)操作調(diào)度的可串行性，從而保證調(diào)度的正確性。兩段鎖（Two-PhaseLocking，簡稱2PL）協(xié)議就是保證并發(fā)調(diào)度可串行性的鎖協(xié)議。①規(guī)則在每一個事務(wù)中，所有的加鎖語句都在解鎖語句之前。357.5.6兩段鎖協(xié)議加鎖段（擴展階段）：事務(wù)可以申請獲得任何數(shù)據(jù)項上