併發控制

併發

事務：一次讀寫操作序列
調度：一個或者多個事務的重要操作按時間順序執行的一個序列。
串行調度：不同事務在執行過程中沒有交叉的調度。

導致數據庫狀態不一致的可能原因：故障發生、併發事務數據的共享

併發操作可能引起數據的不一致：丟失修改、不可重複讀、讀取到髒數據
Why：事務的隔離性被破壞，事務間相互干擾

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併發控制的目的

控制併發事務的執行步驟保證事務都可以正確的執行，從而保證數據庫的一致性。
操作部件：事務管理器的調度器

可串行化調度及其判定方法

可串行性： 多個事務的併發執行是正確的，當且僅當其結果與按某一次序串行地執行它們時的結果相同。

併發事務操作的正確與否： 是否具有可串行性

併發控制思想： 延遲一些操作，甚至終止一些操作。

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關於衝突

衝突的操作 ： 涉及同一數據元素，且至少有一個寫操作。

如果一個調度衝突等價於一個串行調度，我們說該調度是 衝突可串行化 的。

衝突可串行化調度是可串行調度的 充分條件。

優先圖P(S)：
結點：表示調度S中的事務
弧：當下列條件成立時， 可畫弧$Ti \rightarrow Tj$

• $p_i (A) , q_j (A)$ 是S 中的操作 （即：來自不同事務的兩個操作涉及同一元素）
• $p_i (A) < _s q_j (A)$ （即： p i (A) 發生在q j (A) 之前 ）
• $p_i$ 和 $q_j$ 中至少一個是寫操作

判斷調度S是否衝突可串行化：

構造S的優先圖，並判斷其中是否有環。如果有，則S不是衝突可串行化的，否則，S 是衝突可串行化的。
有向無環圖的拓撲排序問題

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併發控制的主要技術

• 封鎖技術
• 時間戳
• 有效性檢查

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封鎖技術

lock、unlock

1. 事務在讀寫操作之前需要對元素進行加鎖lock，時候解鎖unlock。
2. 任何兩個事務不能同時封鎖同一元素。
3. 兩階段鎖(2PL) ，在對數據讀寫之前首先申請並獲得封鎖（上升階段），釋放一個封鎖後不再申請和獲得任何其他封鎖（收縮階段）

2PL：讀寫之前加鎖，解鎖時候不獲取任何鎖

死鎖預防

• 一次封鎖法
• 順序封鎖法

死鎖診斷與解決

• 診斷 ：超時法，等待圖法
• 解決 ： 選擇一個處理死鎖代價最小的事務，強行撤銷。

共享鎖

讀操作並不會產生衝突！！！
提出兩種類型的鎖：

1. 共享鎖（讀鎖，S 鎖）
2. 排它鎖 （寫鎖，X 鎖）

三個規則：（滿足則調度是可串行的）

1. 事務的一致性，讀前加 S鎖，寫前加 X 鎖，處理結束要解鎖
2. 對A加S鎖後，未釋放前不可加X鎖；對A加X鎖後，未解鎖前不可加S或者X鎖.
3. 2PL：鎖升級；
   a. 如果鎖升級採用申請多個鎖的方式(如$S \rightarrow {S, X}$) ，則沒有變化。
   b. 如果鎖升級時採用先釋放再申請的方式(如 $S \rightarrow X$) ，則在上升階段允許。

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封鎖協議及事務隔離程度

封鎖協議

一級封鎖協議
修改數據之前加X鎖，直至事務結束
solve：丟失修改
二級封鎖協議
寫數據之前加X鎖，直至事務結束
讀取數據之前加S鎖，讀完釋放
solve：丟失修改、讀髒數據
三級封鎖協議
寫數據之前加X鎖，直至事務結束
讀數據之前加S鎖，直至事務結束
solve：丟失修改、讀髒數據、不可重複讀

隔離程度

• 可串行化
• 可重複讀：一個事務兩次讀取數據項期間，其他事務不得更新數據
• 已提交讀：只允許讀取已提交數據，但不要求可重複讀
• 未提交讀：只能讀取未提交數據

均不允許“髒寫”，數據在被一個事務寫的時候，在未提交或中止之前不允許其他事務進行寫操作。