南京航空航天大學(xué)信息學(xué)院計(jì)算機(jī)系教學(xué)內(nèi)容

南京航空航天大學(xué)信息學(xué)院計(jì)算機(jī)系

數(shù)據(jù)庫(kù)原理PrinciplesofDatabaseSystems第八章并發(fā)控制2024/9/271PrinciplesofDatabaseSystems第八章并發(fā)控制8.1并發(fā)控制概述8.2封鎖8.3封鎖協(xié)議8.4活鎖和死鎖8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性8.6兩段鎖協(xié)議8.7封鎖的粒度8.8Oracle的并發(fā)控制8.9小結(jié)2024/9/272PrinciplesofDatabaseSystems并發(fā)控制概述多事務(wù)執(zhí)行方式(1)事務(wù)串行執(zhí)行每個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)事務(wù)運(yùn)行，其他事務(wù)必須等到這個(gè)事務(wù)結(jié)束以后方能運(yùn)行不能充分利用系統(tǒng)資源，發(fā)揮數(shù)據(jù)庫(kù)共享資源的特點(diǎn)2024/9/273PrinciplesofDatabaseSystems并發(fā)控制（續(xù)）(2)交叉并發(fā)方式（interleavedconcurrency）事務(wù)的并行執(zhí)行是這些并行事務(wù)的并行操作輪流交叉運(yùn)行是單處理機(jī)系統(tǒng)中的并發(fā)方式，能夠減少處理機(jī)的空閑時(shí)間，提高系統(tǒng)的效率2024/9/274PrinciplesofDatabaseSystems事務(wù)并發(fā)執(zhí)行帶來(lái)的問(wèn)題可能會(huì)存取和存儲(chǔ)不正確的數(shù)據(jù)，破壞事務(wù)的隔離性和數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性DBMS必須提供并發(fā)控制機(jī)制并發(fā)控制機(jī)制是衡量一個(gè)DBMS性能的重要標(biāo)志之一2024/9/276PrinciplesofDatabaseSystems8.1并發(fā)控制概述并發(fā)控制機(jī)制的任務(wù)對(duì)并發(fā)操作進(jìn)行正確調(diào)度保證事務(wù)的隔離性保證數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性2024/9/277PrinciplesofDatabaseSystemsT1的修改被T2覆蓋了！

讀A=16

A←A-3寫回A=13①讀A=16

②

③A←A-1

寫回A=15

④事務(wù)T2事務(wù)T1數(shù)據(jù)不一致實(shí)例：飛機(jī)訂票系統(tǒng)2024/9/278PrinciplesofDatabaseSystems并發(fā)操作帶來(lái)的數(shù)據(jù)不一致性丟失修改（lostupdate）不可重復(fù)讀（non-repeatableread）讀“臟”數(shù)據(jù)（dirtyread）2024/9/279PrinciplesofDatabaseSystems1.丟失修改丟失修改是指事務(wù)1與事務(wù)2從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀入同一數(shù)據(jù)并修改事務(wù)2的提交結(jié)果破壞了事務(wù)1提交的結(jié)果，導(dǎo)致事務(wù)1的修改被丟失。2024/9/2710PrinciplesofDatabaseSystems2.不可重復(fù)讀不可重復(fù)讀是指事務(wù)1讀取數(shù)據(jù)后，事務(wù)2執(zhí)行更新操作，使事務(wù)1無(wú)法再現(xiàn)前一次讀取結(jié)果。2024/9/2711PrinciplesofDatabaseSystems三類不可重復(fù)讀事務(wù)1讀取某一數(shù)據(jù)后：1。事務(wù)2對(duì)其做了修改，當(dāng)事務(wù)1再次讀該數(shù)據(jù)時(shí)，得到與前一次不同的值。2.事務(wù)2刪除了其中部分記錄，當(dāng)事務(wù)1再次讀取數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)某些記錄神密地消失了。3.事務(wù)2插入了一些記錄，當(dāng)事務(wù)1再次按相同條件讀取數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)多了一些記錄。后兩種不可重復(fù)讀有時(shí)也稱為幻影現(xiàn)象（phantomrow）2024/9/2712PrinciplesofDatabaseSystems3.讀“臟”數(shù)據(jù)事務(wù)1修改某一數(shù)據(jù)，并將其寫回磁盤事務(wù)2讀取同一數(shù)據(jù)后事務(wù)1由于某種原因被撤消，這時(shí)事務(wù)1已修改過(guò)的數(shù)據(jù)恢復(fù)原值事務(wù)2讀到的數(shù)據(jù)就與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)不一致，是不正確的數(shù)據(jù)，又稱為“臟”數(shù)據(jù)。2024/9/2713PrinciplesofDatabaseSystems圖8.1三種數(shù)據(jù)不一致性T1T2①讀A=16

②

③A←A-1

寫回A=15

④

讀A=16

A←A-1寫回A=15(a)丟失修改2024/9/2714PrinciplesofDatabaseSystems圖8.1三種數(shù)據(jù)不一致性(續(xù))

讀B=100B←B*2寫回B=200

①

讀A=50

讀B=100

求和=150②

③讀A=50

讀B=200

求和=250(驗(yàn)算不對(duì))T2T1(b)不可重復(fù)讀2024/9/2715PrinciplesofDatabaseSystems圖8.1三種數(shù)據(jù)不一致性(續(xù))

讀C=200

①讀C=100C←C*2

寫回C②

③ROLLBACKC恢復(fù)為100T2T1(c)讀“臟”數(shù)據(jù)2024/9/2716PrinciplesofDatabaseSystems第八章并發(fā)控制8.1并發(fā)控制概述8.2封鎖8.3封鎖協(xié)議8.4活鎖和死鎖8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性8.6兩段鎖協(xié)議8.7封鎖的粒度8.8Oracle的并發(fā)控制8.9小結(jié)2024/9/2717PrinciplesofDatabaseSystems8.2封鎖一、什么是封鎖二、基本封鎖類型三、基本鎖的相容矩陣2024/9/2718PrinciplesofDatabaseSystems一、什么是封鎖封鎖就是事務(wù)T在對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象（例如表、記錄等）操作之前，先向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，對(duì)其加鎖加鎖后事務(wù)T就對(duì)該數(shù)據(jù)對(duì)象有了一定的控制，在事務(wù)T釋放它的鎖之前，其它的事務(wù)不能更新此數(shù)據(jù)對(duì)象。封鎖是實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的一個(gè)非常重要的技術(shù)2024/9/2719PrinciplesofDatabaseSystems8.2封鎖一、什么是封鎖二、基本封鎖類型三、基本鎖的相容矩陣2024/9/2720PrinciplesofDatabaseSystems二、基本封鎖類型DBMS通常提供了多種類型的封鎖。一個(gè)事務(wù)對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖后究竟擁有什么樣的控制是由封鎖的類型決定的。基本封鎖類型排它鎖（eXclusivelock，簡(jiǎn)記為X鎖）共享鎖（Sharelock，簡(jiǎn)記為S鎖）2024/9/2721PrinciplesofDatabaseSystems

排它鎖

排它鎖又稱為寫鎖若事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象A加上X鎖，則只允許T讀取和修改A，其它任何事務(wù)都不能再對(duì)A加任何類型的鎖，直到T釋放A上的鎖2024/9/2722PrinciplesofDatabaseSystems共享鎖共享鎖又稱為讀鎖若事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象A加上S鎖，則其它事務(wù)只能再對(duì)A加S鎖，而不能加X(jué)鎖，直到T釋放A上的S鎖2024/9/2723PrinciplesofDatabaseSystems8.2封鎖一、什么是封鎖二、基本封鎖類型三、基本鎖的相容矩陣2024/9/2724PrinciplesofDatabaseSystems三、鎖的相容矩陣Y=Yes，相容的請(qǐng)求N=No，不相容的請(qǐng)求

T1T2XS-XNNYSNYY-YYY2024/9/2725PrinciplesofDatabaseSystems第八章并發(fā)控制8.1并發(fā)控制概述8.2封鎖8.3封鎖協(xié)議8.4活鎖和死鎖8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性8.6兩段鎖協(xié)議8.7封鎖的粒度8.8Oracle的并發(fā)控制8.9小結(jié)2024/9/2726PrinciplesofDatabaseSystems8.3封鎖協(xié)議在運(yùn)用X鎖和S鎖對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖時(shí)，需要約定一些規(guī)則：封鎖協(xié)議（LockingProtocol）何時(shí)申請(qǐng)X鎖或S鎖持鎖時(shí)間、何時(shí)釋放不同的封鎖協(xié)議，在不同的程度上為并發(fā)操作的正確調(diào)度提供一定的保證常用的封鎖協(xié)議：三級(jí)封鎖協(xié)議2024/9/2727PrinciplesofDatabaseSystems1級(jí)封鎖協(xié)議事務(wù)T在修改數(shù)據(jù)R之前必須先對(duì)其加X(jué)鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放正常結(jié)束（COMMIT）非正常結(jié)束（ROLLBACK）1級(jí)封鎖協(xié)議可防止丟失修改在1級(jí)封鎖協(xié)議中，如果是讀數(shù)據(jù)，不需要加鎖的，所以它不能保證可重復(fù)讀和不讀“臟”數(shù)據(jù)。2024/9/2728PrinciplesofDatabaseSystems1級(jí)封鎖協(xié)議T1T2①

XlockA

獲得②

讀A=16

③A←A-1

寫回A=15CommitUnlockA④

⑤

XlockA等待等待等待等待獲得XlockA讀A=15A←A-1寫回A=14CommitUnlockA

沒(méi)有丟失修改2024/9/2729PrinciplesofDatabaseSystems1級(jí)封鎖協(xié)議

讀A=15①

XlockA

獲得②

讀A=16

A←A-1

寫回A=15③

④RollbackUnlockA

T2T1讀“臟”數(shù)據(jù)2024/9/2730PrinciplesofDatabaseSystems1級(jí)封鎖協(xié)議

XlockB

獲得

讀B=100B←B*2

寫回B=200CommitUnlockB①讀A=50

讀B=100

求和=150②③讀A=50

讀B=200

求和=250(驗(yàn)算不對(duì))T2T1不可重復(fù)讀2024/9/2731PrinciplesofDatabaseSystems2級(jí)封鎖協(xié)議1級(jí)封鎖協(xié)議+事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R前必須先加S鎖，讀完后即可釋放S鎖2級(jí)封鎖協(xié)議可以防止丟失修改和讀“臟”數(shù)據(jù)。在2級(jí)封鎖協(xié)議中，由于讀完數(shù)據(jù)后即可釋放S鎖，所以它不能保證可重復(fù)讀。2024/9/2732PrinciplesofDatabaseSystems2級(jí)封鎖協(xié)議不可重復(fù)讀①

SclockA

獲得讀A=50UnlockA②SclockB

獲得讀B=100UnlockB③求和=150

XlockB等待等待獲得XlockB讀B=100B←B*2寫回B=200CommitUnlockBT2T1④SclockA

獲得讀A=50UnlockASclockB

獲得讀B=200UnlockB

求和=250(驗(yàn)算不對(duì))

T2T1(續(xù))2024/9/2733PrinciplesofDatabaseSystems3級(jí)封鎖協(xié)議1級(jí)封鎖協(xié)議+事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對(duì)其加S鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放3級(jí)封鎖協(xié)議可防止丟失修改、讀臟數(shù)據(jù)和不可重復(fù)讀。2024/9/2734PrinciplesofDatabaseSystems3級(jí)封鎖協(xié)議T1T2①

SlockA

讀A=50SlockB

讀B=100

求和=150②

③讀A=50

讀B=100

求和=150

CommitUnlockAUnlockB④

⑤

XlockB等待等待等待等待等待等待等待等待獲得XlockB讀B=100B←B*2寫回B=200CommitUnlockB

可重復(fù)讀2024/9/2735PrinciplesofDatabaseSystems3級(jí)封鎖協(xié)議T1T2①

XlockC

讀C=100C←C*2

寫回C=200②

③ROLLBACK(C恢復(fù)為100)

UnlockC④

⑤

SlockC等待等待等待等待獲得SlockC讀C=100CommitCUnlockC不讀“臟”數(shù)據(jù)2024/9/2736PrinciplesofDatabaseSystems4．封鎖協(xié)議小結(jié)三級(jí)協(xié)議的主要區(qū)別什么操作需要申請(qǐng)封鎖何時(shí)釋放鎖（即持鎖時(shí)間）2024/9/2737PrinciplesofDatabaseSystems封鎖協(xié)議小結(jié)(續(xù))2024/9/2738PrinciplesofDatabaseSystems第八章并發(fā)控制8.1并發(fā)控制概述8.2封鎖8.3封鎖協(xié)議8.4活鎖和死鎖8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性8.6兩段鎖協(xié)議8.7封鎖的粒度8.8Oracle的并發(fā)控制8.9小結(jié)2024/9/2739PrinciplesofDatabaseSystems8.4活鎖和死鎖封鎖技術(shù)可以有效地解決并行操作的一致性問(wèn)題，但也帶來(lái)一些新的問(wèn)題死鎖活鎖2024/9/2740PrinciplesofDatabaseSystems8.4.1活鎖2024/9/2741PrinciplesofDatabaseSystems如何避免活鎖采用先來(lái)先服務(wù)的策略：當(dāng)多個(gè)事務(wù)請(qǐng)求封鎖同一數(shù)據(jù)對(duì)象時(shí)按請(qǐng)求封鎖的先后次序?qū)@些事務(wù)排隊(duì)該數(shù)據(jù)對(duì)象上的鎖一旦釋放，首先批準(zhǔn)申請(qǐng)隊(duì)列中第一個(gè)事務(wù)獲得鎖。2024/9/2742PrinciplesofDatabaseSystems8.4.2死鎖

T1T2

Xlock

R1...XlockR2等待等待等待...XlockR2..XlockR1等待等待.2024/9/2743PrinciplesofDatabaseSystems

解決死鎖的方法

兩類方法1.預(yù)防死鎖2.死鎖的診斷與解除2024/9/2744PrinciplesofDatabaseSystems1.死鎖的預(yù)防產(chǎn)生死鎖的原因是兩個(gè)或多個(gè)事務(wù)都已封鎖了一些數(shù)據(jù)對(duì)象，然后又都請(qǐng)求對(duì)已為其他事務(wù)封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖，從而出現(xiàn)死等待。預(yù)防死鎖的發(fā)生就是要破壞產(chǎn)生死鎖的條件2024/9/2745PrinciplesofDatabaseSystems死鎖的預(yù)防（續(xù)）預(yù)防死鎖的方法一次封鎖法順序封鎖法2024/9/2746PrinciplesofDatabaseSystems（1）一次封鎖法要求每個(gè)事務(wù)必須一次將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則就不能繼續(xù)執(zhí)行一次封鎖法存在的問(wèn)題：降低并發(fā)度擴(kuò)大封鎖范圍將以后要用到的全部數(shù)據(jù)加鎖，勢(shì)必?cái)U(kuò)大了封鎖的范圍，從而降低了系統(tǒng)的并發(fā)度2024/9/2747PrinciplesofDatabaseSystems一次封鎖法（續(xù)）難于事先精確確定封鎖對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)是不斷變化的，原來(lái)不要求封鎖的數(shù)據(jù)，在執(zhí)行過(guò)程中可能會(huì)變成封鎖對(duì)象，所以很難事先精確地確定每個(gè)事務(wù)所要封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)象解決方法：將事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中可能要封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)象全部加鎖，這就進(jìn)一步降低了并發(fā)度。2024/9/2748PrinciplesofDatabaseSystems（2）順序封鎖法順序封鎖法是預(yù)先對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象規(guī)定一個(gè)封鎖順序，所有事務(wù)都按這個(gè)順序?qū)嵭蟹怄i。順序封鎖法存在的問(wèn)題維護(hù)成本高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中可封鎖的數(shù)據(jù)對(duì)象極其眾多，并且隨數(shù)據(jù)的插入、刪除等操作而不斷地變化，要維護(hù)這樣極多而且變化的資源的封鎖順序非常困難，成本很高2024/9/2749PrinciplesofDatabaseSystems順序封鎖法（續(xù)）難于實(shí)現(xiàn)事務(wù)的封鎖請(qǐng)求可以隨著事務(wù)的執(zhí)行而動(dòng)態(tài)地決定，很難事先確定每一個(gè)事務(wù)要封鎖哪些對(duì)象，因此也就很難按規(guī)定的順序去施加封鎖。例：規(guī)定數(shù)據(jù)對(duì)象的封鎖順序?yàn)锳,B,C,D,E。事務(wù)T3起初要求封鎖數(shù)據(jù)對(duì)象B,C,E，但當(dāng)它封鎖了B,C后，才發(fā)現(xiàn)還需要封鎖A，這樣就破壞了封鎖順序.2024/9/2750PrinciplesofDatabaseSystems死鎖的預(yù)防（續(xù)）結(jié)論在操作系統(tǒng)中廣為采用的預(yù)防死鎖的策略并不很適合數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)DBMS在解決死鎖的問(wèn)題上更普遍采用的是診斷并解除死鎖的方法2024/9/2751PrinciplesofDatabaseSystems2.死鎖的診斷與解除允許死鎖發(fā)生解除死鎖由DBMS的并發(fā)控制子系統(tǒng)定期檢測(cè)系統(tǒng)中是否存在死鎖一旦檢測(cè)到死鎖，就要設(shè)法解除2024/9/2752PrinciplesofDatabaseSystems檢測(cè)死鎖：超時(shí)法如果一個(gè)事務(wù)的等待時(shí)間超過(guò)了規(guī)定的時(shí)限，就認(rèn)為發(fā)生了死鎖優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單缺點(diǎn)有可能誤判死鎖時(shí)限若設(shè)置得太長(zhǎng)，死鎖發(fā)生后不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)2024/9/2753PrinciplesofDatabaseSystems等待圖法用事務(wù)等待圖動(dòng)態(tài)反映所有事務(wù)的等待情況事務(wù)等待圖是一個(gè)有向圖G=(T，U)T為結(jié)點(diǎn)的集合，每個(gè)結(jié)點(diǎn)表示正運(yùn)行的事務(wù)U為邊的集合，每條邊表示事務(wù)等待的情況若T1等待T2，則T1，T2之間劃一條有向邊，從T1指向T2并發(fā)控制子系統(tǒng)周期性地（比如每隔1min）檢測(cè)事務(wù)等待圖，如果發(fā)現(xiàn)圖中存在回路，則表示系統(tǒng)中出現(xiàn)了死鎖。2024/9/2754PrinciplesofDatabaseSystems死鎖的診斷與解除（續(xù)）解除死鎖選擇一個(gè)處理死鎖代價(jià)最小的事務(wù)，將其撤消，釋放此事務(wù)持有的所有的鎖，使其它事務(wù)能繼續(xù)運(yùn)行下去。2024/9/2755PrinciplesofDatabaseSystems第八章并發(fā)控制8.1并發(fā)控制概述8.2封鎖8.3封鎖協(xié)議8.4活鎖和死鎖8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性8.6兩段鎖協(xié)議8.7封鎖的粒度8.8Oracle的并發(fā)控制8.9小結(jié)2024/9/2756PrinciplesofDatabaseSystems8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性一、什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的二、如何保證并發(fā)操作的調(diào)度是正確的2024/9/2757PrinciplesofDatabaseSystems8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性一、什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的二、如何保證并發(fā)操作的調(diào)度是正確的2024/9/2758PrinciplesofDatabaseSystems一、什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)并行事務(wù)中并行操作的調(diào)度是的隨機(jī)的，而不同的調(diào)度可能會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。將所有事務(wù)串行起來(lái)的調(diào)度策略一定是正確的調(diào)度策略。如果一個(gè)事務(wù)運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有其他事務(wù)在同時(shí)運(yùn)行，也就是說(shuō)它沒(méi)有受到其他事務(wù)的干擾，那么就可以認(rèn)為該事務(wù)的運(yùn)行結(jié)果是正常的或者預(yù)想的2024/9/2759PrinciplesofDatabaseSystems什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的（續(xù)）以不同的順序串行執(zhí)行事務(wù)也有可能會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，但由于不會(huì)將數(shù)據(jù)庫(kù)置于不一致?tīng)顟B(tài)，所以都可以認(rèn)為是正確的。幾個(gè)事務(wù)的并行執(zhí)行是正確的，當(dāng)且僅當(dāng)其結(jié)果與按某一次序串行地執(zhí)行它們時(shí)的結(jié)果相同。這種并行調(diào)度策略稱為可串行化（Serializable）的調(diào)度。2024/9/2760PrinciplesofDatabaseSystems什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的（續(xù)）可串行性是并行事務(wù)正確性的唯一準(zhǔn)則例：現(xiàn)在有兩個(gè)事務(wù)，分別包含下列操作：事務(wù)1：讀B；A=B+1；寫回A；

事務(wù)2：讀A；B=A+1；寫回B；

假設(shè)A的初值為2，B的初值為2。2024/9/2761PrinciplesofDatabaseSystems什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的（續(xù)）對(duì)這兩個(gè)事務(wù)的不同調(diào)度策略串行執(zhí)行串行調(diào)度策略1串行調(diào)度策略2交錯(cuò)執(zhí)行不可串行化的調(diào)度可串行化的調(diào)度2024/9/2762PrinciplesofDatabaseSystems(a)串行調(diào)度策略，正確的調(diào)度SlockBY=B=2UnlockBXlockAA=Y+1寫回A(=3)UnlockA

SlockAX=A=3UnlockAXlockBB=X+1寫回B(=4)UnlockB

T1T22024/9/2763PrinciplesofDatabaseSystems(b)串行調(diào)度策略，正確的調(diào)度

SlockBY=B=3UnlockBXlockAA=Y+1寫回A(=4)UnlockA

SlockAX=A=2UnlockAXlockBB=X+1寫回B(=3)UnlockB

T1T22024/9/2764PrinciplesofDatabaseSystems(c)不可串行化的調(diào)度SlockBY=B=2

UnlockB

XlockAA=Y+1寫回A(=3)

UnlockA

SlockAX=A=2

UnlockA

XlockBB=X+1寫回B(=3)

UnlockBT1T22024/9/2765PrinciplesofDatabaseSystems(c)不可串行化的調(diào)度(續(xù))由于其執(zhí)行結(jié)果與(a)、(b)的結(jié)果都不同，所以是錯(cuò)誤的調(diào)度。2024/9/2766PrinciplesofDatabaseSystems(d)可串行化的調(diào)度SlockBY=B=2UnlockBXlockA

A=Y+1寫回A(=3)UnlockA

SlockA

等待等待等待X=A=3UnlockAXlockBB=X+1寫回B(=4)UnlockBT1T22024/9/2767PrinciplesofDatabaseSystems(d)可串行化的調(diào)度（續(xù)）由于其執(zhí)行結(jié)果與串行調(diào)度（a）的執(zhí)行結(jié)果相同，所以是正確的調(diào)度。2024/9/2768PrinciplesofDatabaseSystems8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性一、什么樣的并發(fā)操作調(diào)度是正確的二、如何保證并發(fā)操作的調(diào)度是正確的2024/9/2769PrinciplesofDatabaseSystems二、如何保證并發(fā)操作的調(diào)度是正確的為了保證并行操作的正確性，DBMS的并行控制機(jī)制必須提供一定的手段來(lái)保證調(diào)度是可串行化的。從理論上講，在某一事務(wù)執(zhí)行時(shí)禁止其他事務(wù)執(zhí)行的調(diào)度策略一定是可串行化的調(diào)度，這也是最簡(jiǎn)單的調(diào)度策略，但這種方法實(shí)際上是不可行的，因?yàn)樗褂脩舨荒艹浞止蚕頂?shù)據(jù)庫(kù)資源。2024/9/2770PrinciplesofDatabaseSystems如何保證并發(fā)操作的調(diào)度是正確的（續(xù)）保證并發(fā)操作調(diào)度正確性的方法封鎖方法：兩段鎖（Two-PhaseLocking，簡(jiǎn)稱2PL）協(xié)議時(shí)標(biāo)方法樂(lè)觀方法2024/9/2771PrinciplesofDatabaseSystems第八章并發(fā)控制8.1并發(fā)控制概述8.2封鎖8.3封鎖協(xié)議8.4活鎖和死鎖8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性8.6兩段鎖協(xié)議8.7封鎖的粒度8.8Oracle的并發(fā)控制8.9小結(jié)2024/9/2772PrinciplesofDatabaseSystems8.6兩段鎖協(xié)議兩段鎖協(xié)議的內(nèi)容1.在對(duì)任何數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作之前，事務(wù)首先要獲得對(duì)該數(shù)據(jù)的封鎖2.在釋放一個(gè)封鎖之后，事務(wù)不再獲得任何其他封鎖。2024/9/2773PrinciplesofDatabaseSystems兩段鎖協(xié)議（續(xù)）“兩段”鎖的含義事務(wù)分為兩個(gè)階段

第一階段是獲得封鎖，也稱為擴(kuò)展階段；第二階段是釋放封鎖，也稱為收縮階段。2024/9/2774PrinciplesofDatabaseSystems兩段鎖協(xié)議（續(xù)）例：事務(wù)1的封鎖序列：SlockA...SlockB...XlockC...UnlockB...UnlockA...UnlockC；事務(wù)2的封鎖序列：SlockA...UnlockA...SlockB...XlockC...UnlockC...UnlockB；事務(wù)1遵守兩段鎖協(xié)議，而事務(wù)2不遵守兩段協(xié)議。2024/9/2775PrinciplesofDatabaseSystems兩段鎖協(xié)議（續(xù)）并行執(zhí)行的所有事務(wù)均遵守兩段鎖協(xié)議，則對(duì)這些事務(wù)的所有并行調(diào)度策略都是可串行化的。

所有遵守兩段鎖協(xié)議的事務(wù)，其并行執(zhí)行的結(jié)果一定是正確的事務(wù)遵守兩段鎖協(xié)議是可串行化調(diào)度的充分條件，而不是必要條件可串行化的調(diào)度中，不一定所有事務(wù)都必須符合兩段鎖協(xié)議。2024/9/2776PrinciplesofDatabaseSystems兩段鎖協(xié)議（續(xù)）T1SlockB讀B=2Y=BXlockA

A=Y+1寫回A=3UnlockBUnlockA

T2

SlockA

等待等待等待等待等待SlockA讀A=3Y=AXlockBB=Y+1寫回B=4UnlockBUnlockA

T1SlockB讀B=2Y=BUnlockBXlockA

A=Y+1寫回A=3UnlockA

T2

SlockA等待等待等待等待SlockA讀A=3X=AUnlockAXlockBB=X+1寫回B=4UnlockB

(a)遵守兩段鎖協(xié)議

(b)不遵守兩段鎖協(xié)議T1SlockB讀B=2Y=BUnlockBXlockAA=Y+1寫回A=3UnlockAT2

SlockA讀A=2X=AUnlockAXlockB等待XlockBB=X+1寫回B=3UnlockB

(c)不遵守兩段鎖協(xié)議2024/9/2777PrinciplesofDatabaseSystems兩段鎖協(xié)議（續(xù)）兩段鎖協(xié)議與防止死鎖的一次封鎖法一次封鎖法要求每個(gè)事務(wù)必須一次將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則就不能繼續(xù)執(zhí)行，因此一次封鎖法遵守兩段鎖協(xié)議但是兩段鎖協(xié)議并不要求事務(wù)必須一次將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，因此遵守兩段鎖協(xié)議的事務(wù)可能發(fā)生死鎖2024/9/2778PrinciplesofDatabaseSystems兩段鎖協(xié)議（續(xù)）圖8.7遵守兩段鎖協(xié)議的事務(wù)發(fā)生死鎖T1SlockB讀B=2

XlockA等待等待T2

SlockA讀A=2

XlockA等待2024/9/2779PrinciplesofDatabaseSystems兩段鎖協(xié)議（續(xù)）兩段鎖協(xié)議與三級(jí)封鎖協(xié)議兩類不同目的的協(xié)議兩段鎖協(xié)議保證并發(fā)調(diào)度的正確性三級(jí)封鎖協(xié)議在不同程度上保證數(shù)據(jù)一致性遵守第三級(jí)封鎖協(xié)議必然遵守兩段協(xié)議2024/9/2780PrinciplesofDatabaseSystems第八章并發(fā)控制8.1并發(fā)控制概述8.2封鎖8.3封鎖協(xié)議8.4活鎖和死鎖8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性8.6兩段鎖協(xié)議8.7封鎖的粒度8.8Oracle的并發(fā)控制8.9小結(jié)2024/9/2781PrinciplesofDatabaseSystems8.7封鎖的粒度8.7.1封鎖粒度8.7.2多粒度封鎖8.7.3意向鎖2024/9/2782PrinciplesofDatabaseSystems8.7.1封鎖粒度一、什么是封鎖粒度二、選擇封鎖粒度的原則2024/9/2783PrinciplesofDatabaseSystems一、什么是封鎖粒度X鎖和S鎖都是加在某一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象上的封鎖的對(duì)象:邏輯單元，物理單元例：在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，封鎖對(duì)象：邏輯單元:屬性值、屬性值集合、元組、關(guān)系、索引項(xiàng)、整個(gè)索引、整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)等物理單元：頁(yè)（數(shù)據(jù)頁(yè)或索引頁(yè)）、物理記錄等2024/9/2784PrinciplesofDatabaseSystems什么是封鎖粒度（續(xù)）封鎖對(duì)象可以很大也可以很小例：對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)加鎖對(duì)某個(gè)屬性值加鎖封鎖對(duì)象的大小稱為封鎖的粒度(Granularity)多粒度封鎖(multiplegranularitylocking)在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)支持多種封鎖粒度供不同的事務(wù)選擇2024/9/2785PrinciplesofDatabaseSystems8.7.1封鎖粒度一、什么是封鎖粒度二、選擇封鎖粒度的原則2024/9/2786PrinciplesofDatabaseSystems二、選擇封鎖粒度的原則封鎖的粒度越大，小，系統(tǒng)被封鎖的對(duì)象少，多，并發(fā)度小，高，系統(tǒng)開(kāi)銷小，大，選擇封鎖粒度：考慮封鎖機(jī)構(gòu)和并發(fā)度兩個(gè)因素對(duì)系統(tǒng)開(kāi)銷與并發(fā)度進(jìn)行權(quán)衡2024/9/2787PrinciplesofDatabaseSystems選擇封鎖粒度的原則（續(xù)）需要處理多個(gè)關(guān)系的大量元組的用戶事務(wù)：以數(shù)據(jù)庫(kù)為封鎖單位；需要處理大量元組的用戶事務(wù)：以關(guān)系為封鎖單元；只處理少量元組的用戶事務(wù)：以元組為封鎖單位2024/9/2788PrinciplesofDatabaseSystems8.7封鎖的粒度8.7.1封鎖粒度8.7.2多粒度封鎖8.7.3意向鎖2024/9/2789PrinciplesofDatabaseSystems8.7.2多粒度封鎖多粒度樹(shù)以樹(shù)形結(jié)構(gòu)來(lái)表示多級(jí)封鎖粒度根結(jié)點(diǎn)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，表示最大的數(shù)據(jù)粒度葉結(jié)點(diǎn)表示最小的數(shù)據(jù)粒度

2024/9/2790PrinciplesofDatabaseSystems多粒度封鎖（續(xù)）例：三級(jí)粒度樹(shù)。根結(jié)點(diǎn)為數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的子結(jié)點(diǎn)為關(guān)系，關(guān)系的子結(jié)點(diǎn)為元組。數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)系Rn關(guān)系R1元組元組元組元組………………2024/9/2791PrinciplesofDatabaseSystems多粒度封鎖協(xié)議

允許多粒度樹(shù)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)被獨(dú)立地加鎖對(duì)一個(gè)結(jié)點(diǎn)加鎖意味著這個(gè)結(jié)點(diǎn)的所有后裔結(jié)點(diǎn)也被加以同樣類型的鎖在多粒度封鎖中一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象可能以兩種方式封鎖：顯式封鎖和隱式封鎖2024/9/2792PrinciplesofDatabaseSystems顯式封鎖和隱式封鎖顯式封鎖:直接加到數(shù)據(jù)對(duì)象上的封鎖隱式封鎖:由于其上級(jí)結(jié)點(diǎn)加鎖而使該數(shù)據(jù)對(duì)象加上了鎖顯式封鎖和隱式封鎖的效果是一樣的2024/9/2793PrinciplesofDatabaseSystems對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖時(shí)系統(tǒng)檢查的內(nèi)容

該數(shù)據(jù)對(duì)象有無(wú)顯式封鎖與之沖突

所有上級(jí)結(jié)點(diǎn)檢查本事務(wù)的顯式封鎖是否與該數(shù)據(jù)對(duì)象上的隱式封鎖沖突：(由上級(jí)結(jié)點(diǎn)封鎖造成的）所有下級(jí)結(jié)點(diǎn)看上面的顯式封鎖是否與本事務(wù)的隱式封鎖（將加到下級(jí)結(jié)點(diǎn)的封鎖）沖突。2024/9/2794PrinciplesofDatabaseSystems8.7封鎖的粒度8.7.1封鎖粒度8.7.2多粒度封鎖8.7.3意向鎖2024/9/2795PrinciplesofDatabaseSystems8.7.3意向鎖引進(jìn)意向鎖（intentionlock）目的提高對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖時(shí)系統(tǒng)的檢查效率2024/9/2796PrinciplesofDatabaseSystems什么是意向鎖對(duì)任一結(jié)點(diǎn)加基本鎖，必須先對(duì)它的上層結(jié)點(diǎn)加意向鎖如果對(duì)一個(gè)結(jié)點(diǎn)加意向鎖，則說(shuō)明該結(jié)點(diǎn)的下層結(jié)點(diǎn)正在被加鎖2024/9/2797PrinciplesofDatabaseSystems意向鎖(續(xù))例：對(duì)任一元組r加鎖，先關(guān)系R加意向鎖事務(wù)T要對(duì)關(guān)系R加X(jué)鎖,系統(tǒng)只要檢查根結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系R是否已加了不相容的鎖，不需要搜索和檢查R中的每一個(gè)元組是否加了X鎖2024/9/2798PrinciplesofDatabaseSystems常用意向鎖意向共享鎖(IntentShareLock，簡(jiǎn)稱IS鎖)意向排它鎖(IntentExclusiveLock，簡(jiǎn)稱IX鎖)共享意向排它鎖(ShareIntentExclusiveLock，簡(jiǎn)稱SIX鎖)2024/9/2799PrinciplesofDatabaseSystems意向鎖（續(xù)）IS鎖如果對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加IS鎖，表示它的后裔結(jié)點(diǎn)擬（意向）加S鎖。

例：要對(duì)某個(gè)元組加S鎖，則要首先對(duì)關(guān)系和數(shù)據(jù)庫(kù)加IS鎖2024/9/27100PrinciplesofDatabaseSystems意向鎖（續(xù)）IX鎖如果對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加IX鎖，表示它的后裔結(jié)點(diǎn)擬（意向）加X(jué)鎖。例：要對(duì)某個(gè)元組加X(jué)鎖，則要首先對(duì)關(guān)系和數(shù)據(jù)庫(kù)加IX鎖。2024/9/27101PrinciplesofDatabaseSystems意向鎖（續(xù)）SIX鎖如果對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加SIX鎖，表示對(duì)它加S鎖，再加IX鎖，即SIX=S+IX。

例：對(duì)某個(gè)表加SIX鎖，則表示該事務(wù)要讀整個(gè)表（所以要對(duì)該表加S鎖），同時(shí)會(huì)更新個(gè)別元組（所以要對(duì)該表加IX鎖）。2024/9/27102PrinciplesofDatabaseSystems意向鎖（續(xù)）意向鎖的相容矩陣

T1T2SXISIXSIX-

SYNYNNYXNNNNNYISYNYYYYIXNNYYNYSIXNNYNNY-YYYYYY2024/9/27103PrinciplesofDatabaseSystems意向鎖（續(xù)）鎖的強(qiáng)度鎖的強(qiáng)度是指它對(duì)其他鎖的排斥程度一個(gè)事務(wù)在申請(qǐng)封鎖時(shí)以強(qiáng)鎖代替弱鎖是安全的，反之則不然SIXXSIX-IS2024/9/27104PrinciplesofDatabaseSystems意向鎖（續(xù)）具有意向鎖的多粒度封鎖方法申請(qǐng)封鎖時(shí)應(yīng)該按自上而下的次序進(jìn)行；釋放封鎖時(shí)則應(yīng)該按自下而上的次序進(jìn)行

例：事務(wù)T要對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖，必須先對(duì)它的上層結(jié)點(diǎn)加意向鎖2024/9/27105PrinciplesofDatabaseSystems第八章并發(fā)控制8.1并發(fā)控制概述8.2封鎖8.3封鎖協(xié)議8.4活鎖和死鎖8.5并發(fā)調(diào)度的可串行性8.6兩段鎖協(xié)議8.7封鎖的粒度8.8Oracle的并發(fā)控制8.9小結(jié)2024/9/27106PrinciplesofDatabaseSystems8.8Oracle的并發(fā)控制Oracle采用封鎖技術(shù)保證并發(fā)操作的可串行性

Oracle鎖的種類字典鎖數(shù)據(jù)鎖（亦稱DML鎖）2024/9/27107PrinciplesofDatabaseSystems1.字典鎖ORACLEDBMS內(nèi)部用于對(duì)字典表的封鎖由DBMS在必要的時(shí)候自動(dòng)加鎖和釋放鎖，用戶無(wú)權(quán)控制字典鎖類型語(yǔ)法分析鎖DDL鎖2024/9/27108PrinciplesofDatabaseSystems2.數(shù)據(jù)鎖數(shù)據(jù)鎖類型共享鎖（S鎖）排它鎖（X鎖）行級(jí)共享鎖（RS鎖）行級(jí)排它鎖（RX鎖）共享行級(jí)排它鎖（SRX鎖）其中RS鎖、RX鎖、SRX鎖實(shí)際上就是