第十章 并发控制

100
read(A) read(A)
Байду номын сангаас
t3 t4 t5
A=A-30 write(A)
70 read(A)
9
• 在t5时刻，读的是过了时的数据
t0 t1
T1 Read(A)=50 Read(B)=100 求和150
T2
t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9
Read(B)=100 B=B*2
Write(B)
并发控制的主要技术
• 封锁、时间戳、乐观控制法 • 确保并发控制正确即通过其他的方法保 证对数据项的访问以互斥的方式进行， 通过加锁完成。
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封锁
• 所谓封锁就是事务T在对某个数据对象进行操 作之前，先向系统发出请求，对其加锁。此事 务对这个数据对象有一定控制， 而其他事务则 不能更新数据直到事务释放它的锁为止。 • 封锁类型主要有两种：
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死锁的诊断与解除
• 超时法 – 事务的等待时间超过了规定的时限，就认为发 生了死锁 – 可能误判死锁 – 时限若设置得太长，死锁发生后不能及时发现 • 等待图法 – 并发控制子系统周期性地检测事务等待图，如 果发现图中存在回路，则表示系统中出现了死 锁
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• 解除死锁的方法是选择一个处理死锁代 价最小的事务，将其撤消，释放此事务 持有的所有的锁，使其他事务得以继续 运行下去
38
•
3）死锁 增设table2(D,E) D E d1 e1 d2 e2 在第一个连接中执行以下语句 begin tran update table1 set A='aa' where B='b2' waitfor delay '00:00:30' update table2 set D='d5' where E='e1' commit tran 在第二个连接中执行以下语句 begin tran update table2 set D='d5' where E='e1' waitfor delay '00:00:10' update table1 set A='aa' where B='b2' commit tran 同时执行，系统会检测出死锁，并中止进程 39
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• 在一级封锁协议中，如果仅仅是读数据 不对其修改，是不需要加锁的，所以不 能保证可重复读和不读“脏”数据
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二级封锁协议
• 在一级封锁协议基础上加上事务T在读取 数据Q之前必须先对其加S锁，读完后即 释放S锁。 • 在二级封锁协议中，由于读完数据后即 可释放S锁，所以它不能保证可重复读
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Sqlsever中的加锁
• 1 如何锁一个表的某一行
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED SELECT * FROM table ROWLOCK WHERE id = 1
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• 2 锁定数据库的一个表 SELECT * FROM table WITH (HOLDLOCK) 加锁语句： sybase: update 表 set col1=col1 where 1=0 ; MSSQL: select col1 from 表 (tablockx) where 1=0 ; oracle: LOCK TABLE 表 IN EXCLUSIVE MODE ； 加锁后其它人不可操作，直到加锁用户解锁，用commit或 rollback解锁
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数据库中A的值 100
更新事务T13
时 间 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
更新事务T1 更新事务T2 read(A)=16 read(A)=16 A=A-1 write(A) A=A-1 write(A) 均为15，假如飞机票 的话，则会出现售出 两张票，但显示只有 一张票
8
• 2、不可重复读，（读了过时的数据） 时 间 t0 t1 t2 更新事务T12 数据库中A的值 更新事务T14
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• 如果要访问一个数据项，事务Ti必须首 先给该数据项加锁，如果该数据项已经 被另一事务加锁，则在所有不相容类型 锁释放之前，不会授予事务Ti锁。
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Sql sever中锁的类型
共享锁 共享 (S) 锁允许并发事务读取 (SELECT) 一 个资源。
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• 资源上存在共享 (S) 锁时，任何其它事 务都不能修改数据。一旦已经读取数据， 便立即释放资源上的共享 (S) 锁，除非 将事务隔离级别设臵为可重复读或更高 级别，或者在事务生存周期内用锁定提 示保留共享 (S) 锁。
• A跟B代表任意类型锁，若Ti对数据项Q加A类 型锁，而事务Tj当前在Q上有B型锁，若Ti可以 立即获得Q，则A和B相容。 • 一个数据项上可以同时拥有多个S锁，此后的 X锁必须等到所有共享锁释放。 • ___表示没加任何锁。
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• 事务通过执行lock_S(Q)指令来申请Q上 的共享锁。 • 排他锁通过执行lock_ X(Q)， • unlock(Q)指令来释放锁。
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时间 更新事务T12
t0 t1 t2 t3 t4 t5 A=A-30 write(A) LOCK_X(A) read(A)
数据库中A的值
100
更新事务T13
LOCK_X(A) wait
t6
t7 t8 t9 t10 t11 t12 UNLOCK(A)
70
LOCK_X(A) read(A) A=A*2 write(A) 140 UNLOCK(A)
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排它锁 排它 (X) 锁用于数据修改操作，例如 INSERT、UPDATE 或 DELETE。确保 不会同时对同一资源进行多重更新。可 以防止并发事务对资源进行访问。其它 事务不能读取或修改排它 (X) 锁锁定的 数据。
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封锁协议
• 对数据对象加锁时，需要约定一些规则，例如 何时申请X锁或S锁、持锁时间、何时释放等， 称这些规则为封锁协议(Locking Protocol) • 对封锁方式规定不同的规则，就形成了各种不 同的封锁协议 • 不同级别的封锁协议达到的系统一致性是不同 的 • 封锁协议只允许冲突可串行化调度。
三级封锁协议
一级封锁协议加上事务T在读取数据R之 前必须先对其加S锁，直到事务结束才释 放 三级封锁协议除防止了丢失修改和不读 “脏”数据外，还进一步防止了不可重复 读
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不同级别的封锁协议
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• 假设存款余额x=1000元，甲事务取走存 款300元，乙事务取走存款200元，其执 行时间如下：
3
• 当数据库中有多个事务并发执行时，系 统必须对并发事务之间的相互作用加以 控制，保证数据库的一致性，同时避免 用户得到不正确的数据。
4
• 所谓并发即多个事务轮流占用cpu时间 进行处理。
T1:read(A) A:=A-100 write(A); T2:read(A); temp:=A*0.1; A:=A-temp; write(A);
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– 请分析该并发操作带来的数据不一致 问题属于哪一类？如果按照该顺序执 行，最终存款余额变成了多少？ – 应采用几级封锁协议进行控制？ – 具体应如何实现这两个事务的并发控 制？
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一级封锁协议。 WHILE（x已建立排它锁） { 等待 } 对x建立排它锁 读x 更新x=x—3 释放排它锁 将乙事务修改为： WHILE（x已建立排它锁） { 等待 } 对x建立排它锁 读x 更新x=x—200 释放排它锁
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• 1）排它锁 新建两个连接 在第一个连接中执行以下语句 begin tran update table1 set A='aa' where B='b2' waitfor delay '00:00:30' --等待30秒 commit tran 在第二个连接中执行以下语句 begin tran select * from table1 where B='b2' commit tran 若同时执行上述两个语句，则select查询必须等待 update执行完毕才能执行即要等待30秒
第十章 并发控制
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并发控制
• 事务处理系统通常允许多个事务并发执 行。 • 事务在并发的情况下必须保证一致性。 • 考虑并发的原因：
– 一个事务由多个步骤组成，即事务中的语句 分为两类：I/O活动和CPU活动。 – 系统中可能运行着各种各样的事务。一些较 长一些较短。
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• 单机系统：交叉并发执行 • 多处理系统：同时并发执行
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• 2）共享锁 在第一个连接中执行以下语句 begin tran select * from table1 holdlock -holdlock人为加锁 where B='b2' waitfor delay '00:00:30' --等待30秒 commit tran 在第二个连接中执行以下语句 begin tran select A,C from table1 where B='b2' update table1 set A='aa' where B='b2' commit tran 若同时执行上述两个语句，则第二个连接中的select查询可以执 行 而update必须等待第一个事务释放共享锁转为排它锁后才能执行 即要等待30秒
Read(A)=50 Read(B)=200
求和250 验算不对
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• 3、读脏数据,事务T12修改A值为70以后还未提交
（commit）,事务T15读取了A值，随后事务T12执行 回退，A的值恢复为100,则T15使用的是被撤销的A值。 时间 更新事务T12 数据库中A的值 读T15
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6
100
read(A) A=A-30
write(A)
70 read(A)
ROLLBACK
100
11
• 在数据库中，把未提交随后又被撤销的 数据称为“脏数据” • 解决以上问题的方法有两种：封锁技术 和时间戳技术。
12
• 设有两个事务T1、T2，其并发操作如下图所 示 ----------------------------------------------------T1 T2 -----------------------------------------------------读A=100 A=A*2写回 读A=200 ROLLBACK 恢复A=100 -----------------------------------------------------13
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一级封锁协议（排他型）
• 事务T在修改数据R之前必须先对其加X 锁，直到事务结束（commit或rollback） 才释放 • 一级封锁协议可防止丢失修改，并保证 事务T是可恢复的 • 在一级封锁协议中，不能保证可重复读 和不读“脏”数据，因为只有读的时候 是不用加锁的。
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• 任何更新Q的事务必须先执行lock_X(Q) 操作，以获得Q上的X锁，若未获准则事 务进入等待状态，直到获得X锁，事务才 继续进行。
read(B); B:=B+100; write(B)
read(B); B:=B+temp; write(B);
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并发控制概述
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• 数据库的并发操作带来的问题主要有以下三种： 1、丢失更新.事务T12和T13同时对A操作，T12对A值 减30，事务T13对A值加倍。 时 间 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 更新事务 T12 read(A) read(A) A=A-30 A=A*2 write(A) 70 200 write(A)
– 共享锁。如果事务Ti获得了数据项Q上的共享型锁， （记为S），则Ti可读取Q但不能写Q。其他事务只 能再对Q加S锁。 – 排他锁。若事务Ti对Q加排他锁（记为X），则Ti既 可以读Q又可以写Q，其他事务都不能再加任何类 型的锁，不能再读取和修改A
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锁相容矩阵
S X __ S true false true X false false true __ true true true
活锁
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• 当多个事务对同一数据封锁时，有一个 事务处于永远等待的状态，此时称为活 锁。 • 避免活锁的方法是采用先来先服务的方 法。
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死锁
解决死锁主要有两种方法
– 采取一定措施来预防死 锁的发生
– 采用一定手段定期诊断
系统中有无死锁，若有 则解除之
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死锁的预防
• 一次封锁法 – 要求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 • 顺序封锁法 – 预先将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