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1、第八章第八章 并发控制并发控制8.1并发控制概述并发控制概述8.2封锁封锁8.3封锁协议封锁协议8.4活锁和死锁活锁和死锁8.5并发调度的可串行性并发调度的可串行性8.6两段锁协议两段锁协议8.7封锁的粒度封锁的粒度8.8Oracle的并发控制的并发控制8.9小结小结并发控制概述并发控制概述多事务执行方式多事务执行方式(1)事务串行执行事务串行执行每每个个时时刻刻只只有有一一个个事事务务运运行行，其其他他事事务务必必须须等等到到这这个个事事务务结结束束以以后后方方能能运运行行不不能能充充分分利利用用系系统统资资源源，发发挥挥数数据据库库共享资源的特点共享资源的特点并发控制（续）并发控制（续）(
2、2)交叉并发方式（交叉并发方式（interleavedconcurrency）事事务务的的并并行行执执行行是是这这些些并并行行事事务务的的并并行行操操作作轮流交叉运行轮流交叉运行是是单单处处理理机机系系统统中中的的并并发发方方式式，能能够够减减少少处处理机的空闲时间，提高系统的效率理机的空闲时间，提高系统的效率并发控制（续）并发控制（续）(3)同时并发方式（同时并发方式（simultaneousconcurrency）多多处处理理机机系系统统中中，每每个个处处理理机机可可以以运运行行一一个个事事务务，多多个个处处理理机机可可以以同同时时运运行行多多个个事事务务，实现多个事务真正的并行运行实现多
3、个事务真正的并行运行最理想的并发方式，但受制于硬件环境最理想的并发方式，但受制于硬件环境更复杂的更复杂的并发方式机制并发方式机制事务并发执行带来的问题事务并发执行带来的问题l可可能能会会存存取取和和存存储储不不正正确确的的数数据据，破破坏坏事务的隔离性和数据库的一致性事务的隔离性和数据库的一致性lDBMS必须提供并发控制机制必须提供并发控制机制l并并发发控控制制机机制制是是衡衡量量一一个个DBMS性性能能的的重要标志之一重要标志之一8.1 8.1 并发控制概述并发控制概述l并发控制机制的任务并发控制机制的任务对并发操作进行正确调度对并发操作进行正确调度保证事务的隔离性保证事务的隔离性保证数据库
4、的一致性保证数据库的一致性T1的修改被的修改被T2覆盖了！覆盖了！读读A=16AA-3写回写回A=13读读A=16AA-1写回写回A=15事务事务T2事务事务T1数据不一致实例：飞机订票系统数据不一致实例：飞机订票系统并发操作带来的数据不一致性并发操作带来的数据不一致性l丢失修改（丢失修改（lostupdate）l不可重复读（不可重复读（non-repeatableread）l读读“脏脏”数据（数据（dirtyread）1.丢失修改丢失修改丢失修改是指事务丢失修改是指事务1与事务与事务2从数据库中读从数据库中读入同一数据并修改入同一数据并修改事务事务2的提交结果破坏了事务的提交结果破坏了事务1
5、提交的结果，提交的结果，导致事务导致事务1的修改被丢失。的修改被丢失。2.不可重复读不可重复读不可重复读是指事务不可重复读是指事务1读取数据后，事务读取数据后，事务2执行更新操作，使事务执行更新操作，使事务1无法再现前一次读无法再现前一次读取结果。取结果。三类三类不可重复读不可重复读事务事务1读取某一数据后：读取某一数据后：1。事务事务2对其做了修改，对其做了修改，当事务当事务1再次读该再次读该数据时，得到与前一次不同的值。数据时，得到与前一次不同的值。2.事务事务2删除了其中部分记录删除了其中部分记录，当事务，当事务1再再次读取数据时，发现某些记录神密地消次读取数据时，发现某些记录神密地消失
6、了。失了。3.事务事务2插入了一些记录插入了一些记录，当事务，当事务1再次按再次按相同条件读取数据时，发现多了一些记相同条件读取数据时，发现多了一些记录。录。后两种不可重复读有时也称为后两种不可重复读有时也称为幻影幻影现象现象（phantomrow）3.读读“脏脏”数据数据事务事务1修改某一数据，并将其写回磁盘修改某一数据，并将其写回磁盘事务事务2读取同一数据后读取同一数据后事务事务1由于某种原因被撤消，这时事务由于某种原因被撤消，这时事务1已修改过已修改过的数据恢复原值的数据恢复原值事务事务2读到的数据就与数据库中的数据不一致，读到的数据就与数据库中的数据不一致，是不正确的数据，又称为是不正
7、确的数据，又称为“脏脏”数据。数据。图图8.1三种数据不一致性三种数据不一致性T1T2读读A=16AA-1写回写回A=15读读A=16AA-1写回写回A=15(a)丢失修改丢失修改图图8.1三种数据不一致性三种数据不一致性(续续)读读B=100BB*2写回写回B=200读读A=50读读B=100求和求和=150读读A=50读读B=200求和求和=250(验算不对验算不对)T2T1(b)不可重复读不可重复读图图8.1三种数据不一致性三种数据不一致性(续续)读读C=200读读C=100CC*2写回写回CROLLBACKC恢复为恢复为100T2T1(c)读读“脏脏”数据数据第八章第八章并发控制并发控
8、制8.1并发控制概述并发控制概述8.2封锁封锁8.3封锁协议封锁协议8.4活锁和死锁活锁和死锁8.5并发调度的可串行性并发调度的可串行性8.6两段锁协议两段锁协议8.7封锁的粒度封锁的粒度8.8Oracle的并发控制的并发控制8.9小结小结8.2封锁封锁一、什么是封锁一、什么是封锁二、基本封锁类型二、基本封锁类型三、基本锁的相容矩阵三、基本锁的相容矩阵一、什么是封锁一、什么是封锁l封锁就是事务封锁就是事务T在对某个数据对象（例如表、在对某个数据对象（例如表、记录等）操作之前，先向系统发出请求，对其记录等）操作之前，先向系统发出请求，对其加锁加锁l加锁后事务加锁后事务T就对该数据对象有了一定的控
9、制，就对该数据对象有了一定的控制，在事务在事务T释放它的锁之前，其它的事务不能更释放它的锁之前，其它的事务不能更新此数据对象。新此数据对象。l封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术8.2封锁封锁一、什么是封锁一、什么是封锁二、基本封锁类型二、基本封锁类型三、基本锁的相容矩阵三、基本锁的相容矩阵二、基本封锁类型二、基本封锁类型lDBMS通常提供了多种类型的封锁。一个事务通常提供了多种类型的封锁。一个事务对某个数据对象加锁后究竟拥有什么样的控制对某个数据对象加锁后究竟拥有什么样的控制是由封锁的类型决定的。是由封锁的类型决定的。l基本封锁类型基本封锁类型排它锁（
10、排它锁（eXclusivelock，简记为，简记为X锁）锁）共享锁（共享锁（Sharelock，简记为，简记为S锁）锁）排它锁排它锁l排它锁又称为写锁排它锁又称为写锁l若事务若事务T对数据对象对数据对象A加上加上X锁，则只允锁，则只允许许T读取和修改读取和修改A，其它任何事务都不能，其它任何事务都不能再对再对A加任何类型的锁，直到加任何类型的锁，直到T释放释放A上上的锁的锁共享锁共享锁l共享锁又称为读锁共享锁又称为读锁l若事务若事务T对数据对象对数据对象A加上加上S锁，则其它锁，则其它事务只能再对事务只能再对A加加S锁，而不能加锁，而不能加X锁，锁，直到直到T释放释放A上的上的S锁锁8.2封锁
11、封锁一、什么是封锁一、什么是封锁二、基本封锁类型二、基本封锁类型三、基本锁的相容矩阵三、基本锁的相容矩阵三、锁的相容矩阵三、锁的相容矩阵Y=Yes，相容的请求，相容的请求N=No，不相容的请求，不相容的请求T1T2XS-XNNYSNYY-YYY第八章第八章并发控制并发控制8.1并发控制概述并发控制概述8.2封锁封锁8.3封锁协议封锁协议8.4活锁和死锁活锁和死锁8.5并发调度的可串行性并发调度的可串行性8.6两段锁协议两段锁协议8.7封锁的粒度封锁的粒度8.8Oracle的并发控制的并发控制8.9小结小结8.3封锁协议封锁协议l在运用在运用X锁和锁和S锁对数据对象加锁时，需要约定锁对数据对象加
12、锁时，需要约定一些规则：封锁协议（一些规则：封锁协议（LockingProtocol）何时申请何时申请X锁或锁或S锁锁持锁时间、何时释放持锁时间、何时释放l不同的封锁协议，在不同的封锁协议，在不同的程度上不同的程度上为并发操为并发操作的正确调度提供一定的保证作的正确调度提供一定的保证l常用的封锁协议：三级封锁协议常用的封锁协议：三级封锁协议1级封锁协议级封锁协议l事务事务T在修改数据在修改数据R之前必须先对其加之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放锁，直到事务结束才释放正常结束正常结束（COMMIT）非正常结束非正常结束（ROLLBACK）l1级封锁协议可防止丢失修改级封锁协议可防止丢失修改
13、l在在1级封锁协议中，如果是读数据，不需要加级封锁协议中，如果是读数据，不需要加锁的，所以它不能保证可重复读和不读锁的，所以它不能保证可重复读和不读“脏脏”数据。数据。1级封锁协议级封锁协议T1T2XlockA获得获得读读A=16AA-1写回写回A=15CommitUnlockAXlockA等待等待等待等待等待等待等待等待获得获得XlockA读读A=15AA-1写回写回A=14CommitUnlockA没有丢失修改没有丢失修改1级封锁协议级封锁协议读读A=15XlockA获得获得读读A=16AA-1写回写回A=15RollbackUnlockAT2T1读读“脏脏”数据数据1级封锁协议级封锁协议
14、XlockB获得获得读读B=100BB*2写回写回B=200CommitUnlockB读读A=50读读B=100求和求和=150读读A=50读读B=200求和求和=250(验算不对验算不对)T2T1不可重复读不可重复读2级封锁协议级封锁协议l1级封锁协议级封锁协议+事务事务T在读取数据在读取数据R前必须前必须先先加加S锁锁，读完后即可释放，读完后即可释放S锁锁l2级封锁协议可以防止丢失修改和读级封锁协议可以防止丢失修改和读“脏脏”数据。数据。l在在2级封锁协议中，由于读完数据后即可释级封锁协议中，由于读完数据后即可释放放S锁，所以它不能保证可重复读锁，所以它不能保证可重复读。2级封锁协议级封锁
15、协议不可重复读不可重复读SclockA获得获得读读A=50UnlockASclockB获得获得读读B=100UnlockB求和求和=150XlockB等待等待等待等待获得获得XlockB读读B=100BB*2写回写回B=200CommitUnlockBT2T1SclockA获得获得读读A=50UnlockASclockB获得获得读读B=200UnlockB求和求和=250(验算不对验算不对)T2T1(续续)3级封锁协议级封锁协议l1级封锁协议级封锁协议+事务事务T在读取数据在读取数据R之前之前必须先对其加必须先对其加S锁，直到锁，直到事务结束才释放事务结束才释放l3级封锁协议可防止丢失修改、读
16、脏数据和不级封锁协议可防止丢失修改、读脏数据和不可重复读。可重复读。3级封锁协议级封锁协议T1T2SlockA读读A=50SlockB读读B=100求和求和=150读读A=50读读B=100求和求和=150CommitUnlockAUnlockBXlockB等待等待等待等待等待等待等待等待等待等待等待等待等待等待等待等待获得获得XlockB读读B=100BB*2写回写回B=200CommitUnlockB可重复读可重复读3级封锁协议级封锁协议T1T2XlockC读读C=100CC*2写回写回C=200ROLLBACK(C恢复为恢复为100)UnlockCSlockC等待等待等待等待等待等待等待
17、等待获得获得SlockC读读C=100CommitCUnlockC不读不读“脏脏”数据数据4封锁协议小结封锁协议小结l三级协议的主要区别三级协议的主要区别什么操作需要申请封锁什么操作需要申请封锁何时释放锁（即持锁时间）何时释放锁（即持锁时间）封锁协议小结封锁协议小结(续续)第八章第八章并发控制并发控制8.1并发控制概述并发控制概述8.2封锁封锁8.3封锁协议封锁协议8.4活锁和死锁活锁和死锁8.5并发调度的可串行性并发调度的可串行性8.6两段锁协议两段锁协议8.7封锁的粒度封锁的粒度8.8Oracle的并发控制的并发控制8.9小结小结8.4活锁和死锁活锁和死锁l封锁技术可以有效地解决并行操作的
18、一封锁技术可以有效地解决并行操作的一致性问题，但也带来一些新的问题致性问题，但也带来一些新的问题死锁死锁活锁活锁8.4.1活锁活锁如何避免活锁如何避免活锁采用先来先服务的策略：采用先来先服务的策略：当多个事务请求封锁同一数据对象时当多个事务请求封锁同一数据对象时l按请求封锁的先后次序对这些事务排队按请求封锁的先后次序对这些事务排队l该该数数据据对对象象上上的的锁锁一一旦旦释释放放，首首先先批批准准申请队列中第一个事务获得锁。申请队列中第一个事务获得锁。8.4.2死锁死锁T1T2XlockR1.XlockR2等待等待等待等待等待等待.XlockR2.XlockR1等待等待等待等待.解决死锁的方法
19、解决死锁的方法两类方法两类方法1.预防死锁预防死锁2.死锁的诊断与解除死锁的诊断与解除1.死锁的预防死锁的预防l产生死锁的原因是两个或多个事务都已产生死锁的原因是两个或多个事务都已封锁了一些数据对象，然后又都请求对封锁了一些数据对象，然后又都请求对已为其他事务封锁的数据对象加锁，从已为其他事务封锁的数据对象加锁，从而出现死等待。而出现死等待。l预防死锁的发生就是要破坏产生死锁的预防死锁的发生就是要破坏产生死锁的条件条件死锁的预防死锁的预防（续）（续）预防死锁的方法预防死锁的方法l一次封锁法一次封锁法l顺序封锁法顺序封锁法（1）一次封锁法）一次封锁法l要求每个事务必须一次将所有要使用的数据全要求
20、每个事务必须一次将所有要使用的数据全部加锁，否则就不能继续执行部加锁，否则就不能继续执行l一次封锁法存在的问题：降低并发度一次封锁法存在的问题：降低并发度扩大封锁范围扩大封锁范围将以后要用到的全部数据加锁，势必扩大了将以后要用到的全部数据加锁，势必扩大了封锁的范围，从而降低了系统的并发度封锁的范围，从而降低了系统的并发度一次封锁法（续）一次封锁法（续）l难于事先精确确定封锁对象难于事先精确确定封锁对象数据库中数据是不断变化的，原来不数据库中数据是不断变化的，原来不要求封锁的数据，在执行过程中可能要求封锁的数据，在执行过程中可能会变成封锁对象，所以很难事先精确会变成封锁对象，所以很难事先精确地确
21、定每个事务所要封锁的数据对象地确定每个事务所要封锁的数据对象解决方法：将事务在执行过程中可能解决方法：将事务在执行过程中可能要封锁的数据对象全部加锁，这就进要封锁的数据对象全部加锁，这就进一步降低了并发度一步降低了并发度。（2）顺序封锁法）顺序封锁法l顺序封锁法是预先对数据对象规定一个封锁顺顺序封锁法是预先对数据对象规定一个封锁顺序，所有事务都按这个顺序实行封锁。序，所有事务都按这个顺序实行封锁。l顺序封锁法存在的问题顺序封锁法存在的问题维护成本高维护成本高数据库系统中可封锁的数据对象极其众多，数据库系统中可封锁的数据对象极其众多，并且随数据的插入、删除等操作而不断地变并且随数据的插入、删除等
22、操作而不断地变化，要维护这样极多而且变化的资源的封锁化，要维护这样极多而且变化的资源的封锁顺序非常困难，成本很高顺序非常困难，成本很高顺序封锁法（续）顺序封锁法（续）难于实现难于实现事务的封锁请求可以随着事务的执行事务的封锁请求可以随着事务的执行而动态地决定，很难事先确定每一个而动态地决定，很难事先确定每一个事务要封锁哪些对象，因此也就很难事务要封锁哪些对象，因此也就很难按规定的顺序去施加封锁。按规定的顺序去施加封锁。例：规定数据对象的封锁顺序为例：规定数据对象的封锁顺序为A,B,C,D,E。事务事务T3起初要求封锁数据对象起初要求封锁数据对象B,C,E，但当，但当它封锁了它封锁了B,C后，才
23、发现还需要封锁后，才发现还需要封锁A，这，这样就破坏了封锁顺序样就破坏了封锁顺序.死锁的预防（续）死锁的预防（续）l结论结论在操作系统中广为采用的预防死锁的策略并在操作系统中广为采用的预防死锁的策略并不很适合数据库的特点不很适合数据库的特点DBMS在解决死锁的问题上更普遍采用的是在解决死锁的问题上更普遍采用的是诊断并解除死锁的方法诊断并解除死锁的方法2.死锁的诊断与解除死锁的诊断与解除l允许死锁发生允许死锁发生l解除死锁解除死锁由由DBMS的并发控制子系统定期检测系统中的并发控制子系统定期检测系统中是否存在死锁是否存在死锁一旦检测到死锁，就要设法解除一旦检测到死锁，就要设法解除检测死锁：检测死
24、锁：超时法超时法l如果一个事务的等待时间超过了规如果一个事务的等待时间超过了规定的时限，就认为发生了死锁定的时限，就认为发生了死锁l优点：实现简单优点：实现简单l缺点缺点有可能误判死锁有可能误判死锁时限若设置得太长，死锁发生后时限若设置得太长，死锁发生后不能及时发现不能及时发现等待图法等待图法l用事务等待图动态反映所有事务的等待情况用事务等待图动态反映所有事务的等待情况事务等待图是一个有向图事务等待图是一个有向图G=(T，U)T为结点的集合，每个结点表示正运行的事务为结点的集合，每个结点表示正运行的事务U为边的集合，每条边表示事务等待的情况为边的集合，每条边表示事务等待的情况若若T1等待等待T
25、2，则，则T1，T2之间划一条有向边，从之间划一条有向边，从T1指指向向T2l并发控制子系统周期性地（比如每隔并发控制子系统周期性地（比如每隔1min）检）检测事务等待图，如果发现图中存在回路，则表测事务等待图，如果发现图中存在回路，则表示系统中出现了死锁。示系统中出现了死锁。死锁的诊断与解除（续）死锁的诊断与解除（续）l解除死锁解除死锁选择一个处理死锁代价最小的事务，选择一个处理死锁代价最小的事务，将其撤消，释放此事务持有的所有的将其撤消，释放此事务持有的所有的锁，使其它事务能继续运行下去。锁，使其它事务能继续运行下去。第八章第八章并发控制并发控制8.1并发控制概述并发控制概述8.2封锁封锁
26、8.3封锁协议封锁协议8.4活锁和死锁活锁和死锁8.5并发调度的可串行性并发调度的可串行性8.6两段锁协议两段锁协议8.7封锁的粒度封锁的粒度8.8Oracle的并发控制的并发控制8.9小结小结8.5并发调度的可串行性并发调度的可串行性一、什么样的并发操作调度是正确的一、什么样的并发操作调度是正确的二、如何保证并发操作的调度是正确的二、如何保证并发操作的调度是正确的8.5并发调度的可串行性并发调度的可串行性一、什么样的并发操作调度是正确的一、什么样的并发操作调度是正确的二、如何保证并发操作的调度是正确的二、如何保证并发操作的调度是正确的一、什么样的并发操作调度是正确的一、什么样的并发操作调度是
27、正确的l计算机系统对并行事务中并行操作的调度是的计算机系统对并行事务中并行操作的调度是的随机的，而不同的调度可能会产生不同的结果。随机的，而不同的调度可能会产生不同的结果。l将所有事务串行起来的调度策略一定是正确的将所有事务串行起来的调度策略一定是正确的调度策略。调度策略。如果一个事务运行过程中没有其他事务在同如果一个事务运行过程中没有其他事务在同时运行，也就是说它没有受到其他事务的干时运行，也就是说它没有受到其他事务的干扰，那么就可以认为该事务的运行结果是正扰，那么就可以认为该事务的运行结果是正常的或者预想的常的或者预想的什么样的并发操作调度是正确的（续）什么样的并发操作调度是正确的（续）l
28、以不同的顺序串行执行事务也有可能会产生不以不同的顺序串行执行事务也有可能会产生不同的结果，但由于不会将数据库置于不一致状同的结果，但由于不会将数据库置于不一致状态，所以都可以认为是正确的。态，所以都可以认为是正确的。l几个事务的并行执行是正确的，几个事务的并行执行是正确的，当且仅当其结当且仅当其结果与按某一次序串行地执行它们时的结果相同。果与按某一次序串行地执行它们时的结果相同。这种并行调度策略称为可串行化这种并行调度策略称为可串行化（Serializable）的调度。）的调度。什么样的并发操作调度是正确的（续）什么样的并发操作调度是正确的（续）l可串行性是并行事务正确性的唯一准则可串行性是并
29、行事务正确性的唯一准则例：现在有两个事务，分别包含下列操作：例：现在有两个事务，分别包含下列操作：事务事务1：读：读B；A=B+1；写回；写回A；事务事务2：读：读A；B=A+1；写回；写回B；假设假设A的初值为的初值为2，B的初值为的初值为2。什么样的并发操作调度是正确的（续）什么样的并发操作调度是正确的（续）对这两个事务的不同调度策略对这两个事务的不同调度策略串行执行串行执行串行调度策略串行调度策略1串行调度策略串行调度策略2交错执行交错执行不可串行化的调度不可串行化的调度可串行化的调度可串行化的调度(a)串行调度策略，正确的调串行调度策略，正确的调度度SlockBY=B=2UnlockB
30、XlockAA=Y+1写回写回A(=3)UnlockA SlockAX=A=3UnlockAXlockBB=X+1写回写回B(=4)UnlockB T1T2(b)串行调度策略，正确的调度串行调度策略，正确的调度SlockBY=B=3UnlockBXlockAA=Y+1写回写回A(=4)UnlockA SlockAX=A=2UnlockAXlockBB=X+1写回写回B(=3)UnlockBT1T2(c)不可串行化的调度不可串行化的调度SlockBY=B=2UnlockBXlockAA=Y+1写回写回A(=3)UnlockA SlockAX=A=2UnlockAXlockBB=X+1写回写回B(
31、=3)UnlockBT1T2(c)不可串行化的调度不可串行化的调度(续续)由于其执行结果与由于其执行结果与(a)、(b)的结果都不同，的结果都不同，所以是错误的调度。所以是错误的调度。(d)可串行化的调度可串行化的调度SlockBY=B=2UnlockBXlockAA=Y+1写回写回A(=3)UnlockASlockA等待等待等待等待等待等待X=A=3UnlockAXlockBB=X+1写回写回B(=4)UnlockBT1T2(d)可串行化的调度（续）可串行化的调度（续）由于其执行结果与串行调度（由于其执行结果与串行调度（a）的执行）的执行结果相同，所以是正确的调度。结果相同，所以是正确的调度
32、。8.5并发调度的可串行性并发调度的可串行性一、什么样的并发操作调度是正确的一、什么样的并发操作调度是正确的二、如何保证并发操作的调度是正确的二、如何保证并发操作的调度是正确的二、如何保证并发操作的调度是正确的二、如何保证并发操作的调度是正确的l为了保证并行操作的正确性，为了保证并行操作的正确性，DBMS的并行控的并行控制机制必须提供一定的手段来保证调度是可串制机制必须提供一定的手段来保证调度是可串行化的。行化的。l从理论上讲，在某一事务执行时禁止其他事务从理论上讲，在某一事务执行时禁止其他事务执行的调度策略一定是可串行化的调度，这也执行的调度策略一定是可串行化的调度，这也是最简单的调度策略，但这种方法实际上是不是最简单的调度策略，但这种方法实际上是不可行的，因为它使用户不能充分共享数据库资可行的，因为它使用户不能充分共享数据库资源。源。如何保证并发操作的调度是正确的（续）如何保证并发操作的调度是正确的（续）l保证并发操作调度正确性的方法保证并发操作调度正确性的方法封锁方法：封锁方法：两段锁两段锁（Two-PhaseLocking，简称简称2PL）协议协议时标方法时标方法乐观方法乐观方法