1、第7章 事務(wù)與并發(fā)控制7.1 事務(wù)7.2 并發(fā)控制7.1 事務(wù)7.1.1 事務(wù)的特性事務(wù)具有如下特性： 原子性Atomicity，事務(wù)是一個不可分割的整體，它對數(shù)據(jù)庫的操作要么全做，要么全不做，即不允許事務(wù)部分地完成，假設(shè)因缺點而導(dǎo)致事務(wù)未能完成，那么應(yīng)經(jīng)過恢復(fù)功能使數(shù)據(jù)庫回到該事務(wù)執(zhí)行前的形狀。 一致性Consistency，事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的作用應(yīng)使數(shù)據(jù)庫從一個一致形狀轉(zhuǎn)換到另一個一致形狀。一致形狀是指數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)滿足完好性約束。 隔離性Isolation，多個事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時，應(yīng)互不影響，其結(jié)果要和這些事務(wù)獨立執(zhí)行的結(jié)果一樣。并發(fā)控制就是為了保證事務(wù)間的隔離性。 耐久性Durability，

2、一旦事務(wù)執(zhí)行勝利，那么該事務(wù)對數(shù)據(jù)庫進展的一切更新都是耐久的，即使因數(shù)據(jù)庫缺點而遭到破壞，DBMS也能恢復(fù)。事務(wù)的這些特性簡稱為ACID特性，DBMS普通都能保證事務(wù)的ACID特性。7.1.2 事務(wù)類型與事務(wù)的形狀1事務(wù)類型事務(wù)普通可分為兩類：系統(tǒng)事務(wù)和用戶定義的事務(wù)。系統(tǒng)事務(wù)又稱為隱式事務(wù)，指某些特定的SQL語句由系統(tǒng)單獨作為一個事務(wù)處置，包括的主要語句如下： 一切的CREATE語句； 一切的DROP語句； INSERT，UPDATE，DELETE語句。例如，執(zhí)行如下的創(chuàng)建表語句：CREATE TABLE xx f1 int not null， f2 char10， f3 varchar30

3、這條語句本身就構(gòu)成了一個事務(wù)，它要么建立含3列的表構(gòu)造，要么對數(shù)據(jù)庫沒有任何影響。在實踐運用中，大量運用的是用戶定義的事務(wù)。用戶事務(wù)的定義方法：用BEGIN TRANSACTION語句指定一個事務(wù)的開場，用COMMIT或ROLLBACK語句闡明一個事務(wù)的終了。留意必需明確指定事務(wù)的終了，否那么系統(tǒng)將把從事務(wù)開場到用戶封鎖銜接之間一切的操作都作為一個事務(wù)來處置。7.1.2 事務(wù)類型與事務(wù)的形狀1開場事務(wù)語法格式：BEGIN TRANSACTION功能：控制事務(wù)的開場。2終了事務(wù) 事務(wù)提交語法格式：COMMIT功能：COMMIT語句用于提交事務(wù)，即將事務(wù)對數(shù)據(jù)庫的一切更新寫到物理數(shù)據(jù)庫中，同時，也

4、標(biāo)志一個事務(wù)的終了。 事務(wù)回滾語法格式：ROLLBACK 功能：事務(wù)回滾，即將事務(wù)對數(shù)據(jù)庫已完成的操作全部撤銷，回滾到事務(wù)開場時的形狀，它也標(biāo)志一個事務(wù)的終了，ROLLBACK語句將去除自事務(wù)的起點或到某個保管點所做的一切數(shù)據(jù)修正，并且釋放由事務(wù)控制的資源。以下例子闡明事務(wù)處置語句的運用。7.1.2 事務(wù)類型與事務(wù)的形狀【例【例7.1】 定義一個事務(wù)，將定義一個事務(wù)，將 “計算機專業(yè)學(xué)生的密碼改為計算機專業(yè)學(xué)生的密碼改為“1234，并提交，并提交該事務(wù)。該事務(wù)。BEGIN TRANSACTIONUSE XSCJUPDATE XS SET 密碼密碼 = 1234 WHERE 專業(yè)專業(yè) = 計算機

5、計算機COMMIT在在SQL Server 2005中，中，ROLLBACK還可以加上選項還可以加上選項 TRANSACTION |，保管點名或保管點變量名可用，保管點名或保管點變量名可用SAVE TRANSACTION語句設(shè)語句設(shè)置：置：SAVE TRANSACTION 保管點名保管點名 | 保管點變量名保管點變量名 【例【例7.2】 定義一個事務(wù)，向定義一個事務(wù)，向XSCJ數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫的XS表中插入一行數(shù)據(jù)，然后刪除該表中插入一行數(shù)據(jù)，然后刪除該行。行。BEGIN TRANSACTION USE XSCJINSERT INTO XS 學(xué)號，學(xué)號， 姓名，姓名， 性別，性別， 出生時間，出

6、生時間， 專業(yè)專業(yè) VALUES07050104， 朱一虹朱一虹， 1， 1989-10-21， 計算機運用計算機運用SAVE TRAN My_savDELETE FROM XS WHERE 姓名姓名 = 朱一虹朱一虹ROLLBACK TRAN My_savCOMMIT TRAN7.1.2 事務(wù)類型與事務(wù)的形狀執(zhí)行上述事務(wù)后，可知：新插入的數(shù)據(jù)行并沒有被刪除，由于事務(wù)中運用ROLLBACK語句將操作回滾到保管點My_sav，即刪除前的形狀。2事務(wù)的形狀圖7.1闡明了一個事務(wù)對數(shù)據(jù)庫進展操作時，其生存周期內(nèi)能夠進入的形狀。圖7.1 事務(wù)的形狀描畫7.1.2 事務(wù)類型與事務(wù)的形狀活動形狀：表示事務(wù)

7、正在執(zhí)行中。提交未完成形狀：表示事務(wù)雖然已完成，但事務(wù)對數(shù)據(jù)的更新能夠還在緩沖區(qū)，未寫到數(shù)據(jù)庫中。失敗形狀：在兩種形狀下，事務(wù)能夠進入失敗形狀。 一個處于活動形狀的事務(wù)在執(zhí)行過程中發(fā)生缺點，將進入失敗形狀。 一個處于提交未完成形狀的事務(wù)執(zhí)行時發(fā)生缺點，將進入失敗形狀。對于處于失敗形狀的事務(wù)必需進展回滾，才干使數(shù)據(jù)庫處于一致形狀。提交已完成形狀：處于提交已完成形狀的事務(wù)表示事務(wù)已執(zhí)行終了，數(shù)據(jù)已寫入數(shù)據(jù)庫，并處于一致形狀。終止形狀：表示事務(wù)執(zhí)行回滾操作，數(shù)據(jù)庫恢復(fù)到事務(wù)執(zhí)行前的一致形狀。7.2 并發(fā)控制對數(shù)據(jù)庫進展操作的事務(wù)可以以串行方式執(zhí)行，即一個事務(wù)執(zhí)行終了后，另一事務(wù)才開場執(zhí)行，這種調(diào)度方

8、式稱為串行調(diào)度，存在的缺陷是系統(tǒng)資源利用率低，對用戶呼應(yīng)慢。因此通常采用的方案是多個事務(wù)并發(fā)執(zhí)行，這分為兩種情況： 單處置機情況下，多個事務(wù)輪番交叉運轉(zhuǎn)，稱為交叉并發(fā)方式； 多處置機的情況下，多個事務(wù)在多個處置機上同時運轉(zhuǎn)，稱為同時并發(fā)執(zhí)行，在并發(fā)執(zhí)行方式下，當(dāng)多個事務(wù)同時對數(shù)據(jù)庫中的同一數(shù)據(jù)進展操作時，假設(shè)DBMS 不進展有效的管理和控制，就會破壞數(shù)據(jù)的一致性。7.2.1 并發(fā)控制需處理的問題多個事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時，數(shù)據(jù)的不一致主要表現(xiàn)為：數(shù)據(jù)喪失更新、讀“臟數(shù)據(jù)、不可反復(fù)讀。1數(shù)據(jù)喪失更新所謂喪失更新Lost Update，是指兩個或多個事務(wù)在并發(fā)執(zhí)行的情況下，都對同一數(shù)據(jù)項更新即先讀后改，再

9、寫入，從而導(dǎo)致后面的更新覆蓋前面的更新。例如，對于聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)，設(shè)有兩個事務(wù)T1，T2都要求訪問數(shù)據(jù)項A，設(shè)事務(wù)T1，T2執(zhí)行前A的值為20，T1，T2的執(zhí)行順序如圖7.2所示，當(dāng)事務(wù)T1讀得的值為20，T2讀得的值也是20；T1寫入A的值為19，T2寫入A的值也是19，顯然這與現(xiàn)實不符，這是由于兩個事務(wù)并發(fā)地對同一數(shù)據(jù)寫入而引起的，因此這種情況又稱為寫-寫沖突。2讀“臟數(shù)據(jù)讀“臟數(shù)據(jù)是由于一個事務(wù)正在讀另一個更新事務(wù)尚未提交的數(shù)據(jù)引起的，這種數(shù)據(jù)不一致的情況又稱為讀-寫沖突。例如，對于如圖7.3所示的兩個并發(fā)執(zhí)行的事務(wù)T1，T2，T2先讀得A的值，T1讀得A的值，修正并寫入，然后T2讀得T1

10、修正后的A的值，T1執(zhí)行回滾操作，顯然T2第二次讀到的A的值是一個不存在的值，這是一個“臟數(shù)據(jù)。讀“臟數(shù)據(jù)是由讀-寫沖突引起的。7.2.1 并發(fā)控制需處理的問題圖7.2 數(shù)據(jù)喪失更新 圖7.3 讀“臟數(shù)據(jù)7.2.1 并發(fā)控制需處理的問題3不可反復(fù)讀不可反復(fù)讀分3種情況： 對于并發(fā)執(zhí)行的兩個事務(wù)T1，T2，當(dāng)事務(wù)T1讀取數(shù)據(jù)某一數(shù)據(jù)后，事務(wù)T2對該數(shù)據(jù)執(zhí)行了更新操作，使得T1無法再次讀取與前一次一樣的結(jié)果，如圖7.4所示，T1讀數(shù)據(jù)A后，T2修正了數(shù)據(jù)A，T1再次讀數(shù)據(jù)A，卻得到不同的結(jié)果。 事務(wù)T1按一定條件讀取某些數(shù)據(jù)記錄后，事務(wù)T2插入了一些記錄，T1再次以一樣條件讀取記錄時得到不同的結(jié)果

11、集。 事務(wù)T1按一定條件讀取某些數(shù)據(jù)記錄后，事務(wù)T2刪除了其中的一些記錄，T1再次以一樣條件讀取記錄時得到不同的結(jié)果集。后面兩種情況又稱為“幻像讀。不可反復(fù)讀也是由讀-寫沖突引起的。圖7.4 不可反復(fù)讀7.2.2 封鎖實現(xiàn)并發(fā)控制的一個重要技術(shù)是封鎖機制，其根本思想是：事務(wù)T在對某個數(shù)據(jù)對象如表、記錄等操作之前，先向DBMS發(fā)出懇求，懇求對該數(shù)據(jù)對象加鎖。當(dāng)?shù)玫芥i后，才可對該數(shù)據(jù)對象進展相應(yīng)的操作，在事務(wù)T釋放鎖之前，其他事務(wù)不能更新此數(shù)據(jù)對象。DBMS通常提供了多種類型的封鎖。一個事務(wù)對某個數(shù)據(jù)對象加鎖后終究擁有什么樣的控制是由封鎖的類型決議的。按鎖的功能，普通將鎖分為如下幾類。1封鎖類型1

12、共享S鎖共享鎖又稱為讀鎖，一個事務(wù)T要讀取數(shù)據(jù)對象A首先必需對A加共享鎖，然后才干讀A，一旦讀取終了，便釋放A上的共享鎖，除非將事務(wù)隔離級別設(shè)置為可反復(fù)讀或更高級別，或者在事務(wù)生存周期內(nèi)用鎖定提示保管共享鎖。當(dāng)一個數(shù)據(jù)對象上已存在共享鎖時，其他事務(wù)可以讀取數(shù)據(jù)，但不能修正數(shù)據(jù)。2排他X鎖排他鎖又稱為獨占鎖、寫鎖，一個事務(wù)T要更改數(shù)據(jù)對象A首先必需對A加排他鎖，然后才干讀或更改A，在T釋放A上的排他鎖之前，其他任何事務(wù)不能讀取或更改A。3更新U鎖當(dāng)一個事務(wù)T對數(shù)據(jù)對象A加更新鎖，首先對數(shù)據(jù)對象做更新鎖鎖定，這樣數(shù)據(jù)將不能被修正，但可以讀取，等到執(zhí)行數(shù)據(jù)更新操作時，自動將更新鎖轉(zhuǎn)換為獨占鎖，但當(dāng)對

13、象上有其他鎖存在時，無法對其作更新鎖鎖定。 7.2.2 封鎖4意向鎖對于數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象，可用如圖7.5所示的層次樹表示。意向鎖表示一個事務(wù)為了訪問數(shù)據(jù)庫對象層次構(gòu)造中的某些底層資源如表中的元組而加共享鎖或排他鎖的意向。意向鎖可以提高系統(tǒng)性能，由于DBMS僅在表級檢查意向鎖就可確定事務(wù)能否可以平安地獲取該表上的鎖，而無須檢查表中每個元組的鎖來確定事務(wù)能否可以鎖定整個表。意向鎖包括意向共享IS、意向排他IX及意向排他共享SIX。圖7.5 數(shù)據(jù)庫對象的層次樹7.2.2 封鎖意向共享IS鎖：假設(shè)對一個數(shù)據(jù)對象加IS鎖，表示擬對它的后裔節(jié)點加S鎖，讀取底層的數(shù)據(jù)。例如，假設(shè)要對某個元組加S鎖，那么首

14、先應(yīng)對元組所在的關(guān)系或數(shù)據(jù)庫加IS鎖。意向排他IX鎖：假設(shè)對一個數(shù)據(jù)對象加IX鎖，表示擬對它的后裔節(jié)點加X鎖，更新底層的數(shù)據(jù)。例如，假設(shè)要對某個關(guān)系加X鎖，以便插入一個元組，那么首先應(yīng)對數(shù)據(jù)庫加IX鎖。意向排他共享SIX鎖：假設(shè)對一個數(shù)據(jù)對象加SIX鎖，表示對它加S鎖，再加IX鎖，即SIX=S+IX。例如，對某個表加SIX鎖，那么表示該事務(wù)要讀整個表所以要對該表加S鎖，同時會更新個別元組所以要對該表加IX鎖。表7.1給出了上述封鎖類型的作用。有些鎖之間是相容的，如共享鎖和更新鎖；有些鎖之間是不相容的，如共享鎖和排他鎖。表7.2列出了各種鎖之間的相容性。7.2.2 封鎖表7.1 鎖類型及其作用鎖

15、 模 式描 述共享 （S）用于只讀操作，如 SELECT 語句更新 （U）用于可更新的資源中，防止當(dāng)多個會話在讀取、鎖定及隨后可能進行的資源更新時發(fā)生常見形式的死鎖排他（X）用于數(shù)據(jù)修改操作，如 INSERT，UPDATE 或 DELETE，確保不會同時對同一資源進行多重更新意向用于建立鎖的層次結(jié)構(gòu)，意向鎖的類型為意向共享 （IS）、意向排他（IX）及意向排他共享（SIX）表7.2 各種鎖之間的相容性鎖 模 式ISSUIXSIXXIS相容相容相容相容相容不相容S相容兼容相容不相容不相容不相容U相容相容不相容不相容不相容不相容IX相容不相容不相容相容不相容不相容SIX相容不相容不相容不相容不相容

16、不相容X不相容不相容不相容不相容不相容不相容7.2.2 封鎖當(dāng)一個事務(wù)T懇求對數(shù)據(jù)對象A加鎖時，假設(shè)該數(shù)據(jù)對象上已加了鎖，新加的鎖必需滿足表7.2中鎖的相容性。不同的DBMS支持的鎖類型能夠不同，例如，對于SQL Server共有6種鎖類型，分別是：共享、更新、排他、意向、架構(gòu)和大容量更新，所以針對詳細(xì)的DBMS，應(yīng)參考其運用手冊。2封鎖粒度被鎖定的對象的數(shù)據(jù)量稱為封鎖粒度。封鎖對象可以是邏輯單元，也可以是物理單元。以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為例，封鎖對象可以是行、列、索引項、頁、擴展盤區(qū)、表和數(shù)據(jù)庫等。封鎖粒度不同，系統(tǒng)的開銷將不同，并且鎖定粒度與數(shù)據(jù)庫訪問并發(fā)度是矛盾的，鎖定粒度大，系統(tǒng)開銷小但并發(fā)度會

17、降低，且對DBMS來說內(nèi)部管理更簡單；鎖定粒度小，系統(tǒng)開銷大，但可提高并發(fā)度。選擇封鎖粒度時必需同時思索開銷和并發(fā)度兩個要素，進展權(quán)衡，以求得最優(yōu)的效果。普通原那么為： 需求處置大量元組的用戶事務(wù)，以關(guān)系為封鎖單元。 需求處置多個關(guān)系的大量元組的用戶事務(wù)，以數(shù)據(jù)庫為封鎖單元。 只處置少量元組的用戶事務(wù)，以元組為封鎖單元。7.2.3 事務(wù)的隔離級別事務(wù)的隔離級別定義了事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時，事務(wù)之間的隔離程度。如前所述，事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時，有能夠出現(xiàn)數(shù)據(jù)喪失更新、讀“臟數(shù)據(jù)、不可反復(fù)讀，為了防止這些數(shù)據(jù)不一致的情況，在規(guī)范SQL規(guī)范中，定義了如下4個事務(wù)隔離級別，不同的隔離級別對事務(wù)的處置不同。 未授權(quán)讀取

18、Read Uncommitted：允許讀“臟數(shù)據(jù)，但不允許更新喪失。假設(shè)一個事務(wù)曾經(jīng)開場寫數(shù)據(jù)，那么允許其他事務(wù)讀此數(shù)據(jù)，但不允許同時進展寫操作。 授權(quán)讀取Read Committed：讀取數(shù)據(jù)的事務(wù)允許其他并行事務(wù)訪問該數(shù)據(jù)，但是未提交的寫事務(wù)將制止其他事務(wù)同時訪問該數(shù)據(jù)。這是大多數(shù)主流數(shù)據(jù)庫的默許事務(wù)隔離等級，保證了一個事務(wù)不會讀到另一個并行事務(wù)已修正但未提交的數(shù)據(jù)，防止了讀“臟數(shù)據(jù)。該級別適用于大多數(shù)系統(tǒng)。 可反復(fù)讀Repeatable Read：制止不可反復(fù)讀和讀“臟數(shù)據(jù)，但有時能夠出現(xiàn)“幻像數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)的事務(wù)將會制止寫事務(wù)但允許讀事務(wù)，寫事務(wù)那么制止任何其他事務(wù)，這保證了一個事務(wù)不

19、會修正曾經(jīng)由另一個事務(wù)讀取但未提交回滾的數(shù)據(jù)。防止了讀“臟數(shù)據(jù)和“不可反復(fù)讀的情況。 序列化Serializable：提供嚴(yán)厲的事務(wù)隔離，它要求事務(wù)序列化執(zhí)行，即事務(wù)只能一個接著一個地執(zhí)行。事務(wù)的隔離級別越高，越能保證數(shù)據(jù)的完好性和一致性，但是對并發(fā)性能的影響也越大。對于大多數(shù)運用程序，可以優(yōu)先思索把數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的隔離級別設(shè)為Read Committed，它可以防止讀“臟數(shù)據(jù)，而且有較好的并發(fā)性能。7.2.4 死鎖假設(shè)兩個或多個事務(wù)每個都持有另一事務(wù)所需資源上的鎖，沒有這些資源，每個事務(wù)都無法繼續(xù)完成其任務(wù)，這種情況稱為死鎖。以下是一個簡單的死鎖場景： 事務(wù)A訪問表T，并懇求頁面X上的排他鎖；

20、事務(wù)B訪問表T，并懇求頁面Y上的排他鎖； 事務(wù)A懇求頁面Y上的鎖，同時持有頁面X上的排他鎖，事務(wù)A將被掛起，由于事務(wù)B持有頁面Y上的排他鎖； 事務(wù)B懇求頁面X上的鎖，同時持有頁面Y上的排他鎖，事務(wù)B將被掛起，由于事務(wù)A持有頁面X上的排他鎖。此時，事務(wù)的執(zhí)行進入一種僵持形狀，即發(fā)生了死鎖，運用程序A和B都無法繼續(xù)任務(wù)。目前處理并發(fā)事務(wù)死鎖問題的方法主要有：一是采取措施預(yù)防死鎖發(fā)生；二是允許死鎖發(fā)生，采用一定的手段檢測能否有死鎖，假設(shè)有就解除死鎖。1死鎖的預(yù)防防止死鎖的發(fā)生就是要破壞產(chǎn)生死鎖的條件，通常有如下兩種方法。7.2.4 死鎖1死鎖的預(yù)防防止死鎖的發(fā)生就是要破壞產(chǎn)生死鎖的條件，通常有如下兩種方法。1一次封鎖法要求每個事務(wù)必需一次將一切要訪問的數(shù)據(jù)對象全部加鎖，否那么就不能繼續(xù)執(zhí)行。該方法可有效地預(yù)防死鎖，但存在的問題是：一次就將以后要訪問的全部數(shù)據(jù)對象加鎖，擴展了封鎖的范圍，從而降低了系統(tǒng)的并發(fā)度。另外，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是不斷變化的，很難事先準(zhǔn)確地確定每個事務(wù)所要封鎖的數(shù)據(jù)對象。2順序封鎖法預(yù)先對數(shù)據(jù)對象規(guī)定一個封鎖順序，一切事務(wù)都按這個順序?qū)嵭蟹怄i。該方法可以有效地預(yù)防死鎖，但存在的問題是： 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中可封鎖的數(shù)據(jù)對象極多，并且隨著數(shù)據(jù)的插入、刪除等操作而不斷變化，要維護這些數(shù)據(jù)對象的封鎖順序非常