数据库系统工程师-06事务和锁

第六讲事务和锁6．1事务6．1．1事务定义（1）事务是由一系列操作序列构成的程序执行单元，这些操作要么都做，要么都不做，是一个不可分割的工作单位。例：如银行转帐。6．1．2SQL中事务的定义事务以Begintransaction开始，以Commitwork或Rollbackwork结束。Commitwork表示提交，事务正常结束。Rollbackwork表示事务非正常结束，撤消事务已做的操作，回滚到事务开始时状态。6．1．3事务概念例：银行转帐：事务T从A帐户过户50￥到B帐户。T：read(A);A:=A–50;write(A);read(B);B:=B+50;write(B);read(X)：从数据库传送数据项X到事务的工作区中。write(X)：从事务的工作区中将数据项X写回数据库。6．1．4事务特性（ACID）（1）原子性(Atomicity)事务中包含的所有操作要么全做，要么全不做。原子性由恢复机制实现。（2）一致性(Consistency)事务的隔离执行必须保证数据库的一致性。事务开始前，数据库处于一致性的状态；事务结束后，数据库必须仍处于一致性状态。数据库的一致性状态由用户来负责。如银行转帐，转帐前后两个帐户金额之和应保持不变。（3）隔离性(Isolation)系统必须保证事务不受其它并发执行事务的影响。对任何一对事务T1，T2，在T1看来，T2要么在T1开始之前已经结束，要么在T1完成之后再开始执行。隔离性通过并发控制机制实现。（4）持久性(Durability)一个事务一旦提交之后，它对数据库的影响必须是永久的。系统发生故障不能改变事务的持久性。持久性通过恢复机制实现。事务是恢复和并发控制的基本单位。保证事务ACID特性是事务处理的重要任务。6．2数据库故障6．2．1故障种类（1）事务内部故障事务内部故障有些是可以通过事务程序本身发现，有些是非预期的。（2）系统故障（3）介质故障6．2．2故障恢复技术（1）建立冗余数据A、数据转储I、静态转储II、动态转储B、登录日志文件：必须遵循两大规则：登记次序严格按并发事务的时间顺序。必须先写数据后写数据库。I、以记录为单位a、各个事务的开始b、各个事务的结束活动状态失败状态部分提交状态提交状态中止状态初始状态事务无法继续正常执行事务回滚，数据库恢复到事务开始前状态最后一条语句被执行后成功完成，永久写入数据库c、各个事务的所有更新d、各个事务的所有更新II、以块为单位a、事务标识b、操作类型（insert,delete,update）c、操作对象d、更新前数据的旧值（对插入操作而言，此项为空值）e、更新后的新数据（对删除操作而言，此项为空值）（2）利用冗余数据实施数据库恢复A、事务故障恢复：反向扫描B、系统故障恢复：正向扫描C、介质故障恢复：需要DBA介入6．2．3具有检查点的恢复技术6．2．4数据库镜像6．3并发执行6．3．1并行Vs串行（1）基本比较A、并行事务会破坏数据库的一致性。B、串行事务效率低。（2）并行的优点A、一个事务由不同的步骤组成，所涉及的系统资源也不同。这些步骤可以并发执行，以提高系统的吞吐量。B、系统中存在着周期不等的各种事务，串行会导致难于预测的时延。如果各个事务所涉及的是数据库的不同部分，采用并发会减少平均响应时间。（3）核心问题：在保证一致性的前提下最大限度地提高并发度。6．3．2并发操作带来的问题T1T2T1T2T1T2Read(A=16)Read(a=50)Read(c=100)Read(a=16)Read(b=100)C:=c*2A:=A-1C:=a+bWrite(c)Write(A)Read(b=100)A:=A-2B:=B*2RollbackWrite(A)Write(b)Read(c)Read(a=50)Read(b=200)C:=a+b（1）丢失修改（2）不可重复读（3）读脏数据（污读）6．3．3导致的原因并发操作破坏了事务的隔离性，并发操作就是要用正确的调度并发操作，使一个事务不受其他事务的干扰，从而造成数据的不一致性。并发控制的主要技术是封锁（Locking）6．3．4并发事务的调度T1T2T1T2Read(a)Read(a)A:=a-50temp:=a*0.1Write(a)A:=a-tempRead(b)Write(a)B:=b-50Read(b)Write(b)B:=b+tempRead(a)Write(b)temp:=a*0.1Read(a)A:=a-tempA:=a-50Write(a)Write(a)Read(b)Read(b)B:=b+tempB:=b-50Write(b)Write(b)调度1（串行调度）调度2（串行调度）当有多个事务并发执行时T1T2T1T2Read(a)Read(a)A:=a-50A:=a-50Write(a)Read(a)Read(a)temp:=a*0.1temp:=a*0.1A:=a-tempA:=a-tempWrite(a)Write(a)Read(b)Read(b)Write(a)B:=b-50Read(b)Write(b)B:=b-50Read(b)Write(b)B:=b+tempB:=b+tempWrite(b)Write(b)调度3（并发调度，等价）调度4（并发调度，不等价）（1）调度：执行的顺序称为调度。（2）事务的执行顺序称为一个调度，表示事务的指令在系统中执行的时间顺序。（a）一组事务的调度必须保证：包含了所有事务的操作指令一个事务中指令的顺序必须保持不变。（b）串行调度在串行调度中，属于同一事务的指令紧挨在一起。对于有n个事务的事务组，可以有n！个有效调度。（c）并行调度在并行调度中，来自不同事务的指令可以交叉执行。当并行调度等价于某个串行调度时，则称它是正确的。6．3．5可串行化如果多个事务在某个调度下的执行结果与这些事务在某个串行调度下的执行结果相同，则称这个调度为可串行化的调度。两个调度S与S’，参与两个调度的事务集是相同的，若S与S’满足下面三个条件，则称他们是等价的。（1）对于每个数据项Q，若事务Ti在调度S中读取了Q的初始值，那么在调度S’中Ti也必须读取Q的初始值。（2）对于每个数据项Q，若事务Ti在调度S中执行了read(Q)，并且读取的值是由Tj产生的，则在调度S’中Ti读取到的值也必须是须读由Tj产生。（3）对于每给数据项Q，若在调度S中有事务执行了最后的write（Q）操作，则在调度S’中，该事务也必须执行最后的write（Q）操作。条件（1）（2）保证了在两个调度中的每个事务都读取到相同的值，从而进行相同的计算。条件（3）与条件（1）（2）共同保证两个调度得到相同的系统最终状态。例：调度1与调度2不等价，因为。。。调度4与调度1、调度2、调度3的任意一个都不等价，因为。。。调度1与调度3等价。用等价的概念来定义可串行化的概念：如果某个调度等价于于一个串行调度，则称这个调度是可串行化的。可串行化是多个事务并发执行的正确性准则。6．3．6可恢复性（1）事务的恢复：一个事务失败了，应该能够撤消该事务对数据库的影响。如果有其它事务读取了失败事务写入的数据，则该事务也应该撤消。（2）无级联调度6．4封锁封锁是实现并发控制的重要技术确切的控制由锁的类型决定基本的封锁类型有两种：排它锁：X和共享锁：SXS-XNNYSNYY-YYY6．5封锁协议运用X锁和S锁两种基本封锁，对数据加锁时，还需要约定一些规则，这些规则为封锁协议（1）一级封锁协议：事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁，直到事务结read(A);write(A);T1T2read(B);commit;read(A);commit不可恢复的调度可恢复调度：对于每对事务T1与T2，如果T2读取了T1所写的数据，则T1必须先于T2提交read(A);read(B);write(A);commitT1T2read(A)write(A);commit级联调度：由于一个事务故障而导致一系列事务回滚无级联调度：对于每对事务T1与T2，如果T2读取了T1所写的数据，则T1必须在T2读取之前提交T3read(A)commit无级联调度必是可恢复调度束才释放。一级封锁保证防止丢失修改，并保证事务T是可恢复的。不能保证。。。（2）二级封锁协议：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，读完后即可释放S锁。二级封锁协议防止丢失修改，和防止读脏数据。不能保证。。。（3）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。防止丢失修改和不读脏数据，防止可重复读。X锁S锁一致性保证操作结束释放事务结束释放操作结束释放事务结束释放不丢失修改不读脏数据可重复读一级封锁√√二级封锁√√√√三级封锁√√√√√6．6活锁死锁6．6．1活锁6．6．2死锁