《數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)管理》課件

數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)管理是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性。事務(wù)管理機(jī)制保證多個(gè)用戶并發(fā)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)操作都如同在獨(dú)立的環(huán)境中進(jìn)行。by什么是事務(wù)事務(wù)是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）執(zhí)行的邏輯工作單元。事務(wù)是一系列操作的集合，要么全部成功，要么全部失敗。事務(wù)用于保證數(shù)據(jù)的一致性。它保證了數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的完整性，并提供一種機(jī)制來(lái)防止數(shù)據(jù)被破壞。事務(wù)可以用來(lái)完成多個(gè)操作，例如，插入、更新、刪除數(shù)據(jù)。事務(wù)的ACID特性原子性事務(wù)是一個(gè)不可分割的最小工作單元，其組成操作要么全部成功，要么全部失敗。一致性事務(wù)執(zhí)行前和執(zhí)行后，數(shù)據(jù)庫(kù)必須處于一致性狀態(tài)，保證數(shù)據(jù)完整性。隔離性多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，彼此之間互相隔離，互不影響。持久性事務(wù)提交后，其修改結(jié)果永久保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，不會(huì)因系統(tǒng)故障而丟失。事務(wù)的隔離級(jí)別讀未提交允許臟讀，一個(gè)事務(wù)可以讀取另一個(gè)事務(wù)尚未提交的數(shù)據(jù)。讀已提交禁止臟讀，一個(gè)事務(wù)只能讀取其他事務(wù)已提交的數(shù)據(jù)?？芍貜?fù)讀禁止不可重復(fù)讀，一個(gè)事務(wù)多次讀取相同的數(shù)據(jù)，結(jié)果都相同。串行化禁止幻讀，一個(gè)事務(wù)在讀取數(shù)據(jù)后，其他事務(wù)插入或刪除數(shù)據(jù)，該事務(wù)再次讀取數(shù)據(jù)結(jié)果不變。事務(wù)的實(shí)現(xiàn)1提交將事務(wù)中的所有更改持久化到數(shù)據(jù)庫(kù)2回滾撤銷事務(wù)中的所有更改3日志記錄記錄所有事務(wù)操作數(shù)據(jù)庫(kù)通常采用日志記錄機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)事務(wù)。事務(wù)開(kāi)始時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)會(huì)將所有操作記錄到日志文件中。事務(wù)提交時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)會(huì)將日志文件寫入磁盤，并更新數(shù)據(jù)文件。事務(wù)回滾時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)日志文件將數(shù)據(jù)恢復(fù)到事務(wù)開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)。事務(wù)管理的基本流程開(kāi)始事務(wù)通過(guò)BEGINTRANSACTION語(yǔ)句開(kāi)啟一個(gè)事務(wù)，標(biāo)志著事務(wù)處理的開(kāi)始。執(zhí)行操作在事務(wù)中執(zhí)行一系列數(shù)據(jù)庫(kù)操作，例如插入、更新、刪除等。提交事務(wù)如果所有操作成功，通過(guò)COMMIT語(yǔ)句提交事務(wù)，將所有操作永久寫入數(shù)據(jù)庫(kù)?；貪L事務(wù)如果操作失敗或出現(xiàn)錯(cuò)誤，通過(guò)ROLLBACK語(yǔ)句回滾事務(wù)，撤銷所有已執(zhí)行的操作，保證數(shù)據(jù)的一致性。如何開(kāi)啟事務(wù)1開(kāi)始事務(wù)使用數(shù)據(jù)庫(kù)提供的命令或語(yǔ)句，例如"BEGINTRANSACTION"或"STARTTRANSACTION"。2設(shè)置事務(wù)隔離級(jí)別選擇合適的隔離級(jí)別，例如READCOMMITTED、REPEATABLEREAD或SERIALIZABLE，以滿足應(yīng)用程序的需要。3設(shè)定事務(wù)屬性根據(jù)需要配置事務(wù)的屬性，例如是否自動(dòng)提交、讀未提交數(shù)據(jù)等。如何提交事務(wù)1檢查檢查事務(wù)中所有操作是否成功完成。2更新將事務(wù)中修改的數(shù)據(jù)持久化到數(shù)據(jù)庫(kù)。3釋放釋放事務(wù)過(guò)程中持有的鎖。事務(wù)提交后，數(shù)據(jù)庫(kù)中所有更改將永久生效。提交操作通常由應(yīng)用程序執(zhí)行，并使用諸如commit()或endtransaction之類的語(yǔ)句完成。如何回滾事務(wù)1回滾定義事務(wù)回滾是指將數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)到事務(wù)開(kāi)始之前的狀態(tài)，撤銷所有已完成的操作。2回滾機(jī)制數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)使用事務(wù)日志來(lái)記錄事務(wù)執(zhí)行的步驟，回滾時(shí)會(huì)根據(jù)日志反向執(zhí)行操作。3回滾目的保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性，防止錯(cuò)誤操作導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。事務(wù)并發(fā)控制11.并發(fā)訪問(wèn)多個(gè)事務(wù)同時(shí)訪問(wèn)同一數(shù)據(jù)，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。22.確保一致性并發(fā)控制機(jī)制確保事務(wù)執(zhí)行完后數(shù)據(jù)保持一致性。33.提高效率允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)訪問(wèn)，提高數(shù)據(jù)庫(kù)效率。44.鎖機(jī)制通過(guò)鎖定數(shù)據(jù)資源，防止沖突。死鎖什么是死鎖多個(gè)事務(wù)互相等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致所有事務(wù)都無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行，稱為死鎖。死鎖的危害導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，甚至完全停止運(yùn)行，需要人工干預(yù)解決。死鎖的產(chǎn)生條件互斥條件、占有并等待條件、不可剝奪條件、循環(huán)等待條件。死鎖的檢測(cè)和處理死鎖檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)可以通過(guò)定期檢查所有鎖定的資源，查看是否存在循環(huán)依賴，從而檢測(cè)到死鎖。超時(shí)機(jī)制當(dāng)一個(gè)事務(wù)等待鎖定的資源超過(guò)預(yù)設(shè)的時(shí)間限制時(shí)，DBMS會(huì)自動(dòng)將其回滾，釋放資源，避免長(zhǎng)時(shí)間的等待。死鎖預(yù)防采取措施來(lái)避免死鎖的發(fā)生，例如使用鎖順序協(xié)議或鎖定級(jí)別控制。死鎖恢復(fù)一旦檢測(cè)到死鎖，DBMS可以選擇回滾一個(gè)或多個(gè)事務(wù)來(lái)釋放資源，并允許其他事務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。鎖的類型11.共享鎖允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)讀取數(shù)據(jù)，但不能修改數(shù)據(jù)。22.排他鎖只允許一個(gè)事務(wù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)，其他事務(wù)無(wú)法訪問(wèn)。33.意向鎖用于表明一個(gè)事務(wù)意圖獲取共享鎖或排他鎖。44.行鎖鎖定數(shù)據(jù)表中的特定行，提高并發(fā)性能。共享鎖和排他鎖共享鎖多個(gè)事務(wù)可以同時(shí)獲取共享鎖，但只能讀取數(shù)據(jù)，不能修改數(shù)據(jù)。排他鎖只能由一個(gè)事務(wù)獲取，獲得排他鎖的事務(wù)可以讀取和修改數(shù)據(jù)。意向鎖意向鎖簡(jiǎn)介意向鎖是一種特殊的鎖類型，用于在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作之前，先獲取意向鎖，表明即將對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行訪問(wèn)。意向鎖可以幫助提高并發(fā)性能，減少死鎖的發(fā)生。意向鎖的類型意向鎖分為意向共享鎖（IS）和意向排他鎖（IX）。IS表示即將獲取共享鎖，IX表示即將獲取排他鎖。行鎖和表鎖行鎖行鎖鎖定數(shù)據(jù)庫(kù)中的一行數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)操作時(shí)，只鎖定要操作的行，其他行不受影響。行鎖可以提高并發(fā)性能，但需要更復(fù)雜的鎖管理機(jī)制。表鎖表鎖鎖定整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表，其他用戶無(wú)法訪問(wèn)該表。表鎖簡(jiǎn)單易行，但會(huì)降低并發(fā)性能，尤其在大量數(shù)據(jù)操作時(shí)。行鎖和表鎖的比較選擇行鎖或表鎖需要權(quán)衡并發(fā)性能和管理復(fù)雜度。對(duì)于頻繁更新操作，行鎖可以提高并發(fā)效率；對(duì)于讀取操作，表鎖可以簡(jiǎn)化鎖管理。死鎖預(yù)防措施時(shí)間戳排序每個(gè)事務(wù)分配一個(gè)唯一的時(shí)間戳，事務(wù)請(qǐng)求資源時(shí)，需要檢查時(shí)間戳是否滿足順序關(guān)系。避免時(shí)間戳較小的事務(wù)等待時(shí)間戳較大的事務(wù)，從而導(dǎo)致死鎖。資源層次排序?qū)⑾到y(tǒng)中的資源按層次排序，事務(wù)請(qǐng)求資源時(shí)，必須按照層次順序進(jìn)行請(qǐng)求。例如，先請(qǐng)求磁盤空間，然后再請(qǐng)求內(nèi)存。鎖順序協(xié)議事務(wù)請(qǐng)求資源時(shí)，必須按照預(yù)定的順序進(jìn)行加鎖。例如，先請(qǐng)求表鎖，然后再請(qǐng)求行鎖。死鎖檢測(cè)和解除定期檢測(cè)系統(tǒng)中是否存在死鎖，并采取措施解除死鎖，例如，回滾部分事務(wù)。樂(lè)觀并發(fā)控制樂(lè)觀并發(fā)控制樂(lè)觀并發(fā)控制（OCC）是一種并發(fā)控制方法。它假設(shè)沖突很少發(fā)生，并只在提交事務(wù)時(shí)檢查是否發(fā)生沖突。OCC通過(guò)讀取數(shù)據(jù)后，在提交事務(wù)時(shí)才進(jìn)行加鎖，如果沖突，則進(jìn)行回滾重試。這可以提高并發(fā)性能，但需要謹(jǐn)慎管理。悲觀并發(fā)控制鎖定資源悲觀并發(fā)控制是一種對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)的機(jī)制，它假設(shè)多個(gè)事務(wù)可能同時(shí)訪問(wèn)相同的資源。提前鎖定為了防止數(shù)據(jù)被意外修改，悲觀并發(fā)控制會(huì)在事務(wù)開(kāi)始時(shí)鎖定所有可能需要訪問(wèn)的資源。阻止沖突當(dāng)一個(gè)事務(wù)持有鎖時(shí)，其他事務(wù)無(wú)法訪問(wèn)被鎖定的資源，從而避免了并發(fā)沖突。性能影響由于鎖定機(jī)制，悲觀并發(fā)控制可能會(huì)降低系統(tǒng)的性能，因?yàn)樗鼤?huì)增加等待鎖的時(shí)間。資源超時(shí)控制設(shè)置超時(shí)時(shí)間為數(shù)據(jù)庫(kù)操作設(shè)置超時(shí)時(shí)間限制，防止資源長(zhǎng)時(shí)間被占用，影響其他事務(wù)的執(zhí)行。自動(dòng)釋放資源當(dāng)操作超時(shí)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)釋放被占用的資源，避免死鎖或資源耗盡問(wèn)題。錯(cuò)誤處理如果操作超時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的錯(cuò)誤提示，方便用戶進(jìn)行排查和處理。事務(wù)日志記錄事務(wù)操作事務(wù)日志記錄了數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有事務(wù)操作，包括數(shù)據(jù)修改、插入、刪除等?；謴?fù)數(shù)據(jù)在發(fā)生故障或錯(cuò)誤時(shí)，事務(wù)日志可以用來(lái)恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)到一致?tīng)顟B(tài)。保證一致性事務(wù)日志是保證數(shù)據(jù)一致性和完整性的重要機(jī)制之一。記錄信息日志信息包括事務(wù)ID、操作類型、操作數(shù)據(jù)等。日志管理記錄事務(wù)操作記錄所有事務(wù)的操作，包括讀、寫、提交和回滾等操作。恢復(fù)數(shù)據(jù)如果數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)故障，可以通過(guò)日志文件還原數(shù)據(jù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)。性能分析通過(guò)分析日志文件，可以了解數(shù)據(jù)庫(kù)的性能，發(fā)現(xiàn)瓶頸并優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)性能?；謴?fù)和備份1恢復(fù)還原數(shù)據(jù)庫(kù)至一致?tīng)顟B(tài)2備份創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)副本3策略定期備份，保證數(shù)據(jù)安全恢復(fù)和備份是數(shù)據(jù)庫(kù)管理的重要環(huán)節(jié)，兩者相輔相成。備份可以用于恢復(fù)意外數(shù)據(jù)丟失，而恢復(fù)則是利用備份還原數(shù)據(jù)庫(kù)，保證數(shù)據(jù)安全。物理備份數(shù)據(jù)庫(kù)完整副本物理備份創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)完整副本，包括數(shù)據(jù)文件和日志文件。數(shù)據(jù)一致性物理備份確保數(shù)據(jù)一致性，還原時(shí)可恢復(fù)到備份時(shí)狀態(tài)?；謴?fù)速度快物理備份恢復(fù)速度快，適合大規(guī)模數(shù)據(jù)恢復(fù)。備份空間占用大物理備份需要大量存儲(chǔ)空間，備份過(guò)程可能耗時(shí)。邏輯備份邏輯備份邏輯備份只備份數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，不備份數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。它通常以文本文件或數(shù)據(jù)文件形式存儲(chǔ)。邏輯備份邏輯備份通常用于備份重要的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，例如客戶信息、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)等。它可以用于恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，但在恢復(fù)時(shí)需要重新創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。增量備份只備份上次完整備份或增量備份之后修改的數(shù)據(jù)。備份時(shí)間短，恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。適合經(jīng)常更新的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以節(jié)省備份時(shí)間。備份計(jì)劃1評(píng)估數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)量大小決定備份時(shí)間和空間。2制定備份頻率根據(jù)業(yè)務(wù)需求和數(shù)據(jù)重要性制定合理的備份頻率。3選擇備份策略全量備份、增量備份和差異備份等策略選擇。4備份目標(biāo)存儲(chǔ)選擇合適的備份存儲(chǔ)設(shè)備，確保數(shù)據(jù)安全性和可恢復(fù)性。備份計(jì)劃是數(shù)據(jù)庫(kù)管理中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，制定合理的備份計(jì)劃可以有效保障數(shù)據(jù)安全，避免數(shù)據(jù)丟失帶來(lái)的巨大損失?；谌罩镜幕謴?fù)1日志回放從最后一個(gè)檢查點(diǎn)開(kāi)始，回放所有已提交的事務(wù)日志記錄。2重做對(duì)于已提交的事務(wù)，重做所有未完成的操作，將數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)恢復(fù)到事務(wù)提交時(shí)的狀態(tài)。3撤銷對(duì)于未提交的事務(wù)，撤銷所有已完成的操作，將數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)恢復(fù)到事務(wù)開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)?；趥浞莸幕謴?fù)基于備份的恢復(fù)是指利用數(shù)據(jù)庫(kù)備份文件進(jìn)行恢復(fù)數(shù)據(jù)的一種方式。1備份文件數(shù)據(jù)庫(kù)備份文件保存了數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)。2恢復(fù)工具使用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)提供的恢復(fù)