第08章 事務管理

第8章

事務管理

事

務

并發(fā)控制

恢

復

事

務

事務的概念

事務的性質(zhì)

可串行性和隔離級別

SQL對事務的支持

事務的概念事務是構成單一邏輯工作單元的操作集合。

為什么需要事務的概念呢？

恢復的需要并發(fā)操作的需要事務的性質(zhì)

原子性（Atomicity）

一致性（Consistency）隔離性（Isolation）

持久性（Durability）

事務的這些性質(zhì)通常稱為ACID特性原子性

事務的原子性強調(diào)了一個事務是一個邏輯工作單元，是一個整體，是不可分割的。一個事務所包含的操作要么全部做，要么全部不做。

一致性

一個事務執(zhí)行一項數(shù)據(jù)庫操作，事務將使數(shù)據(jù)庫從一種一致性的狀態(tài)變換成另一種一致性狀態(tài)。

在事務執(zhí)行前，總是假設數(shù)據(jù)庫是一致的，那么當事務成功執(zhí)行后，數(shù)據(jù)庫肯定仍然是一致的。

隔離性

如果每個事務單獨執(zhí)行能保持原子性和一致性，這些事務并發(fā)執(zhí)行也能保持原子性和一致性，則是事務的隔離性。持久性

事務的持久性是指一旦事務成功完成，該事務對數(shù)據(jù)庫所施加的所有更新都是永久的。

可串行性可串行性通常看作是多個事務并發(fā)執(zhí)行的正確性準則。具體判定方法如下：各單個事務如能將數(shù)據(jù)庫從一個正確狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€正確狀態(tài)，則認為該事務是正確的；

按任何一個串行順序依次執(zhí)行多個事務也是正確的（這里的串行順序假定各個事務間彼此獨立、不交叉）；

事務的交叉執(zhí)行過程是正確的，當且僅當其與串行執(zhí)行過程等價，則事務是可串行化的。

SQL對事務的支持

開始事務

結(jié)束事務

事務保存點

隱含事務與自動提交

開始事務

使用BEGINTRANSACTION命令顯式說明一個事務開始，它說明了對數(shù)據(jù)庫進行操作的一個單元的起始點。在事務完成之前出現(xiàn)任何操作錯誤和故障，都可以撤銷事務，使事務回退到這個起始點。

結(jié)束事務

成功結(jié)束事務的命令是COMMITTRANSACTION，它的作用是提交或確認事務已經(jīng)完成，所以該命令也稱作事務提交。

撤消事務的命令是ROLLBACKTRANSACTION，即撤消在該事務中對數(shù)據(jù)庫所做的更新操作，使數(shù)據(jù)庫回退到事務的起始點。

事務保存點

SQL標準還支持“事務保存點”技術，所謂事務保存點就是在事務的過程中插入若干標記，這樣當發(fā)現(xiàn)事務中有操作錯誤時，可以不撤消整個事務，只撤消部分事務，即將事務回退到某個事務保存點。

并發(fā)控制

干擾問題

解決干擾——封鎖

封鎖不當——死鎖

封鎖與隔離級別

干擾問題

丟失更新問題

未提交依賴問題

不一致分析問題

幻象讀問題

丟失更新問題

例：旅客A來到A售票處，要買一張15日北京到上海的13次直達快速列車的軟臥車票，售票員A（下稱用戶A）在終端A查看剩余票信息；

幾乎在同時，旅客B來到B售票處，也要買一張15日北京到上海的13次直達快速列車的軟臥車票，售票員B（下稱用戶B）從終端B查到了同樣的剩余票信息；

旅客A買了一張15日13次7車廂5號下鋪的軟臥票，用戶A更新剩余票信息并將它存入數(shù)據(jù)庫；

這時用戶B不知道用戶A已經(jīng)將15日13次7車廂5號下鋪的軟臥票賣出，使旅客B也買了一張15日13次7車廂5號下鋪的軟臥票，用戶B更新剩余票信息并將它存入數(shù)據(jù)庫（重復了用戶A已經(jīng)做過的更新）。

總的效果：15日13次7車廂5號下鋪的軟臥票賣了兩次。其原因是：允許了用戶B在過時的信息基礎上去更新數(shù)據(jù)庫，而沒有迫使他去看最新的信息。丟失更新問題

用SQL術語描述丟失更新問題未提交依賴問題

未提交依賴問題也稱為讀“臟”（DirtyRead）數(shù)據(jù)問題，查詢一個已經(jīng)被其他事務更新、但尚未提交的元組，將會引起未提交依賴問題。

不一致分析問題

不一致分析問題也稱為不可重復讀問題，很多應用可能需要校驗功能，這時往往需要連續(xù)兩次或多次讀數(shù)據(jù)進行校驗和分析，結(jié)果由于其他事務的干擾，使得前后結(jié)果不一致，從而產(chǎn)生校驗錯誤（即不一致的分析）。

幻象讀問題

幻象讀問題與不一致分析問題有關，當事務A讀數(shù)據(jù)時，事務B在對同一個關系進行插入或刪除操作，這時事務A再讀同一條件的元組時，會發(fā)現(xiàn)神秘地多出了一些元組或丟失了一些元組，把這種現(xiàn)象稱作幻象讀。

封鎖

封鎖的基本技術

封鎖機制

SQLServer中與封鎖有關的命令

封鎖粒度

意向鎖

封鎖的基本技術當需要查詢或更新數(shù)據(jù)時，先對數(shù)據(jù)進行封鎖，以避免來自其他事務的干擾。針對不同的干擾問題可以有不同的封鎖機制。

以丟失更新問題為例，實施封鎖的基本思想是：當一個用戶對一個表或記錄進行更新時，封鎖該表或記錄，使其他用戶不能在同一時刻更新相同的表或記錄，迫使其他用戶在更新后的基礎上（而不是在更新前的基礎上）再實施另外的更新操作。

封鎖的基本技術實施封鎖以后的時間序列封鎖機制

共享封鎖

獨占封鎖

更新封鎖

有些封鎖在執(zhí)行完相應操作后就自動釋放封鎖，有些封鎖則保持到事務結(jié)束（提交或撤消）時才釋放（無論如何，所有的封鎖都會在事務結(jié)束時自動釋放）。共享封鎖

共享封鎖是為讀操作設置的一種封鎖，所以也稱作讀封鎖，或簡稱S鎖，目的是想讀到一組不變的數(shù)據(jù)，也就是在讀數(shù)據(jù)的過程中，不允許其他用戶對該數(shù)據(jù)進行任何修改操作。這種封鎖可以保證最大的并發(fā)性，任何數(shù)量的用戶都可以同時對同樣的數(shù)據(jù)施加這種共享鎖。已經(jīng)實施共享鎖的表拒絕來自其他事務的獨占封鎖和更新封鎖。

獨占封鎖

獨占封鎖也叫排他封鎖，它是為修改操作設置的一種封鎖，也稱為寫封鎖，或簡稱為X鎖，這是最嚴格的一類封鎖。當需要對表實施插入、刪除或修改操作時，應該使用獨占封鎖。已經(jīng)實施獨占封鎖的表，拒絕來自其他用戶的任何封鎖，但不拒絕一般的查詢操作。

更新封鎖

當需要對一個記錄或一組記錄進行更新時（只是修改，不包括插入和刪除）使用更新封鎖，該封鎖的目的是防止其他用戶在同一時刻修改同一記錄。已經(jīng)實施更新封鎖的記錄，拒絕來自其他用戶的任何封鎖，但不拒絕一般的查詢操作。

封鎖粒度

封鎖的對象可以是表、也可以是元組等，我們把封鎖對象的大小稱為封鎖粒度（Granularity）。封鎖的對象可以是邏輯單元（如表和元組等），也可以是物理單元（如數(shù)據(jù)頁和數(shù)據(jù)塊等）。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)一般都具有多粒度鎖定功能，允許一個事務鎖定不同類型的資源。

意向鎖

為了降低封鎖的成本，提高并發(fā)的性能，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還支持一種意向鎖（IntentionLock）。

意向鎖表示一種封鎖意向，當需要在某些底層資源上（如元組）獲取封鎖時，可以先對高層資源（如表）實施意向鎖。意向鎖意向共享（IS）

意向排它（IX）

共享意向排它（SIX）

死鎖

產(chǎn)生死鎖的原因

避免死鎖

發(fā)現(xiàn)死鎖解決死鎖

產(chǎn)生死鎖的原因右圖示意了兩個并發(fā)事務所發(fā)生事件的序列，假設程序A為了完成某個事務需要封鎖倉庫和職工兩個關系，而幾乎在同一時刻并發(fā)執(zhí)行的程序B為完成另一個事務也需要封鎖職工和倉庫關系，這兩個程序正好按照如圖所示的交錯序列執(zhí)行命令，結(jié)果兩個程序都為了等待對方釋放數(shù)據(jù)資源而產(chǎn)生死鎖。

避免死鎖

相同順序法

所有的用戶程序約定都按相同的順序來封鎖表

一次封鎖法

為了完成一個事務，一次性封鎖所需要的全部表

兩階段封鎖協(xié)議

所有事務都必須將對數(shù)據(jù)的封鎖分為封鎖和釋放兩個階段

避免死鎖的封鎖

兩階段封鎖協(xié)議

第一階段稱為擴展階段，這一階段獲得各種類型的封鎖，但是不能釋放任何封鎖。第二階段稱為收縮階段，這一階段釋放各種類型的封鎖，一旦開始釋放封鎖，則不能再申請任何類型的封鎖。

注意，兩階段封鎖協(xié)議和一次封鎖法的異同之處。一次封鎖法遵守兩階段封鎖協(xié)議；但是兩階段封鎖協(xié)議并不要求一次封鎖所有需要封鎖的數(shù)據(jù)。兩階段封鎖協(xié)議仍有可能發(fā)生死鎖。

發(fā)現(xiàn)死鎖超時法

即一個事務在等待的時間超過了規(guī)定的時限后就認為發(fā)生了死鎖。

這種方法非常不可靠，如果設置的等待時限長，則不能及時發(fā)現(xiàn)死鎖；如果設置的等待時限短，則可能會將沒有發(fā)生死鎖的事務誤判為死鎖。

發(fā)現(xiàn)死鎖等待圖法

即通過有向圖判定事務是否是可串行化的，如果是則說明沒有發(fā)生死鎖，否則說明發(fā)生了死鎖。具體思路是：用節(jié)點來表示正在運行的事務，用有向邊來表示事務之間的等待關系，如右圖所示，如果有向圖中發(fā)現(xiàn)回路，則說明發(fā)生了死鎖。

解決死鎖發(fā)現(xiàn)死鎖后解決死鎖的一般策略是：自動使“年輕”的事務（即完成工作量少的事務）先退回去，然后讓“年老”的事務（即完成工作量多的事務）先執(zhí)行，等“年老”的事務完成并釋放封鎖后，“年輕”的事務再重新執(zhí)行。

恢

復

故障類型

備份類型

日志的概念

恢復模型

備份或轉(zhuǎn)儲

恢復或還原

故障類型造成事務中斷的故障

突然掉電引起的事務中斷

硬件故障引起的事務中斷

客戶應用程序出錯引起的事務中斷

系統(tǒng)程序故障引起的事務中斷

磁盤介質(zhì)故障

備份類型

雙機熱備份

雙工備份

磁盤鏡像

數(shù)據(jù)庫備份技術

日志的概念

日志則是對備份的補充，它可以看作是一個值班日記，它將記錄下所有對數(shù)據(jù)庫的更新操作。這樣就可以在備份完成時立刻刷新并啟用一個數(shù)據(jù)庫日志，數(shù)據(jù)庫日志是實時的，它將忠實地記錄下所有對數(shù)據(jù)庫的更新操作。當磁盤出現(xiàn)故障造成數(shù)據(jù)庫損壞時，就可以首先利用備份恢復數(shù)據(jù)庫（恢復大部分數(shù)據(jù)），然后再運行數(shù)據(jù)庫日志，即將備份后所做的更新操作再重新做一遍，從而將數(shù)據(jù)庫完全恢復?；謴湍Ｐ?/p>

簡單恢復模型允許將數(shù)據(jù)庫恢復到最新的備份，即使用簡單恢復模型可以將數(shù)據(jù)庫恢復到上次備份的即時點，而無法將數(shù)據(jù)庫恢復到故障點或特定的即時點。使用簡單恢復模型，日志實際失去了作用。使用簡單恢復模型的數(shù)據(jù)庫只能做數(shù)據(jù)庫備份，不能做日志備份。完全恢復模型允許將數(shù)據(jù)庫恢復到故障點狀態(tài)，即完全恢復模型使用數(shù)據(jù)庫備份和事務日志備份提供對介質(zhì)故障的完全防范。備份或轉(zhuǎn)儲

備份的類型

備份整個數(shù)據(jù)庫

增量備份

事務日志備份

文件和文件組備份

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的備份

數(shù)據(jù)庫備份的類型

全備份：即完整的備份整個數(shù)據(jù)庫；增量備份：增量數(shù)據(jù)庫備份只備份自上次數(shù)據(jù)庫備份后發(fā)生更改的數(shù)據(jù)；文件和文件組備份：備份數(shù)據(jù)庫文件或文件組，而不是備份數(shù)據(jù)庫；事務日志備份：只備份事務日志?；謴突蜻€原

恢復整個數(shù)據(jù)庫

恢復數(shù)據(jù)庫的部分內(nèi)容

恢復特定的文件或文件組

恢復事務

可以將數(shù)據(jù)庫恢復到做備份的即時點、發(fā)生故障的即時點或特定的事務即時點?；謴突蜻€原根據(jù)數(shù)據(jù)庫全備份進行恢復

根據(jù)增量備份進行恢復

根據(jù)事務日志進行恢復

根據(jù)文件或文件組備份進行恢復

恢復系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫

根據(jù)數(shù)據(jù)庫全備份進行恢復RESTOREDATABASEdatabase_nameFROM{DISK|TAPE}

='physical_backup_device_name'[WITH[[,]{NORECOVERY|RECOVERY}][[,]REPLACE]]根據(jù)增量備份進行恢復

在簡單恢復模型和完全恢復模型中都可以選擇增量備份，如果存在增量備份，則一般需要進行相應的恢復操作。

增量恢復數(shù)據(jù)庫的命令也是RESTOREDATABASE，但是在根據(jù)增量備份繼續(xù)恢復之前應該：已經(jīng)使用RESTOREDATABASE命令完成了全備份的恢復，同時指定了NORECOVERY子句。

根據(jù)事務日志進行恢復

利用日志可以將數(shù)據(jù)庫恢復到最新的一致狀態(tài)或任意的事務點。

首先恢復事務日志備份之前的數(shù)據(jù)庫備份或增量數(shù)據(jù)庫備份。

如果有多個日志備份，則按先后順序進行恢復。

根據(jù)事務日志進行恢復RESTORELOGdatabase_nameFROM{DISK|TAPE}='physical_backup_device_name'[WITH[[,]{NORECOVERY|RECOVERY

}][[,]STOPAT=

date_time|[,]STOPATMARK='mark_name'[AFTERdatetime]|[,]STOPBEFOREMARK='mark_name'

[AFTERdatetime]]]根據(jù)文件或文件組備份進行恢復

如果數(shù)據(jù)庫的某個文件損壞了，并且按文件或文件組做了備份，則可以考慮根據(jù)文件或文件組備份進行恢復。

當使用文件或文件組備份進行恢復時，最后一個文件或文件組恢復操作完成后，必須將事務日志應用于數(shù)據(jù)庫文件，以便使之與數(shù)據(jù)庫的其余部分保持一致。如果被恢復的文件自上次備份后沒有做過任何修改操作，則不必應用事務日志，RESTORE語句會報告這一情況。

根據(jù)文件或文件組備份進行恢復RESTOREDATABASEdatabase_name{FILE=

logical_file_name

|FILEGROUP=

logical_filegroup_name}F