《數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理與應用-Oracle版》課件第6章

第6章數(shù)據(jù)庫的事務處理與數(shù)據(jù)恢復6.1事務管理的基本概念6.2并發(fā)控制6.3數(shù)據(jù)庫恢復6.1事務管理的基本概念6.1.1事務（Transaction）的概念6.1.2事務的狀態(tài)6.1.3事務的特性6.1.4SQLServer中的事務返回首頁6.1.1事務（Transaction）的概念事務是用戶定義的數(shù)據(jù)庫操作序列，這些操作可作為一個完整的工作單元。一個事務內(nèi)的所有語句是一個整體，要么全部執(zhí)行，要么全部不執(zhí)行。即事務是不可再分的原子性工作。如在銀行業(yè)務中，“從帳戶A轉(zhuǎn)移資金X到帳戶B”就是一個典型的事務。這個事務可以分解為兩個動作：（1）從賬戶A減去金額X。（2）在賬戶B中加上金額X。返回本節(jié)6.1.2事務的狀態(tài)事務的基本操作包括：（1）事務開始（BEGIN_TRANSACTION）。事務開始執(zhí)行。（2）事務讀寫（Read/Write）。事務進行數(shù)據(jù)操作。（3）事務結(jié)束（END_TRANSACTION）。事務完成所有的讀/寫操作。（4）事務交付（COMMIT_TRANSACTION）。事務完成所有的讀/寫操作，并保存操作結(jié)果。返回本節(jié)6.1.3事務的特性事務所必須具有的重要特性包括：（1）原子性（Atomicity）。（2）一致性（Consistency）。（3）隔離性（Isolation）。（4）持久性（Durability）。上述的四個特性也簡稱為ACID特性，保證ACID特性是事務處理的重要任務。事務的ACID特性可能遭到破壞的原因有：1）多個事務并行運行時，不同事務的操作交叉執(zhí)行。2）事務在運行過程中被強迫停止。返回本節(jié)6.1.4ORACLE中的事務.在Oracle中沒有“開始事務處理”的語句。用戶不能顯式地開始一個事務處理。事務處理會隱式地開始于第一條修改數(shù)據(jù)的語句，或者在一些要求事務處理的場合。數(shù)據(jù)庫事務主要由INSERT、UPDATE、DELETE操作組成。當在應用程序中執(zhí)行第一條SQL時，事務便開始了，當執(zhí)行COMMIT或ROLLBACK語句時事務就結(jié)束了。Oracle中對事務處理的控制語句主要包括COMMIT、ROLLBACK、SAVEPOINT、ROLLBACKTOSAVEPOINT、SETTRANSACTION。（1）提交事務（COMMIT）。在事務處理中，用戶只需要使用COMMIT語句就可以結(jié)束事務。當執(zhí)行COMMIT語句之后，系統(tǒng)確認事務變化、結(jié)束事務、刪除保存點、釋放鎖，其他會話就可以查看到事務變化后的新數(shù)據(jù)了.返回本節(jié)（2）回退事務（ROLLBACK）回退可以撤消已進行的操作。當應用中出現(xiàn)錯誤，或是運行程序的終端用戶決定不保存對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行的修改時，就需要進行回滾?；貪L事務使用ROLLBACK命令?；赝私K止用戶的事務處理，撤消用戶已經(jīng)進行的對數(shù)據(jù)的所有改變，讀取用戶存儲在回滾段或UNDO表空間中的信息，將數(shù)據(jù)庫塊恢復到用戶處理之前的狀態(tài)，且釋放會話所占用的所有鎖定（3）設置保存點（SAVEPOINT）用戶在處理較大事物時中可以建立保存點（SAVEPOINT），用于在必要時取消部分事務。用戶可以在單個事物中擁有多個保存點，當使用ROLLBACKTOSAVEPOINT時，可以讓用戶有選擇地回滾到事物處理中的某特定位置.（4）取消部分事務（ROLLBACKTOSAVEPOINT）為了取消部分事務，可以使用ROLLBACKTOSAVEPOINT命令，也可以調(diào)用包dbms_transaction中過程rollback（5）設置事務只讀屬性設置事務屬性的命令為：SETTRANSACTIONREADONLY只讀事務是指只允許執(zhí)行查詢操作，而不允許執(zhí)行任何數(shù)據(jù)更新操作的事務。使用SETTRANSACTIONREADONLY命令可以確保用戶無法執(zhí)行修改數(shù)據(jù)的操作，通過設置只讀事務，可以有效地將數(shù)據(jù)庫視圖凍結(jié)到某個時間點。也就是說，無論數(shù)據(jù)庫其他會話如何工作，都不會改變只讀事務讀到的數(shù)據(jù)。假定企業(yè)需要在每天16點統(tǒng)計最近24小時的銷售信息，而不統(tǒng)計當天16點之后的銷售信息，那么就可以使用只讀事務，在設置了只讀事務之后，盡管其他會話可能會提交事務，但只讀事務將不會取得新的數(shù)據(jù)變化，從而確保取得特定時間點的數(shù)據(jù)信息6.2并發(fā)控制6.2.1并發(fā)操作引起的問題6.2.2封鎖6.2.3封鎖出現(xiàn)的問題及解決方法6.2.4可串行化調(diào)度6.2.5ORACLE的并發(fā)控制機制返回首頁6.2.1并發(fā)操作引起的問題對事務的并發(fā)執(zhí)行如果不加以控制，可能會導致數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的不一致性。一個最常見的并發(fā)操作的例子是飛機訂票系統(tǒng)中的訂票操作。例如，在該系統(tǒng)中的一個活動的序列：（1）事務T1（動作1）：甲售票員讀出某航班的機票余額A，設A=16。（2）事務T2（動作1）：乙售票員讀出同一航班的機票余額，A也為16。（3）事務T1（動作2）：甲售票員賣出一張機票，修改機票余額A←A-1，所以A=15，把A寫入數(shù)據(jù)庫。（4）事務T2（動作2）：乙售票員賣出兩張機票，修改機票余額A←A-2，所以A=14，把A寫入數(shù)據(jù)庫。并發(fā)操作如果不加以控制，就可能引發(fā)下列數(shù)據(jù)的不一致性：1．丟失修改（LostUpdate）2．不可重復讀（UnrepeatableRead）3．讀“臟”數(shù)據(jù)（DirtyRead）1．丟失修改（LostUpdate）丟失修改是指事務T1與事務T2從數(shù)據(jù)庫中讀入同一數(shù)據(jù)并修改，事務T2提交的修改結(jié)果破壞了事務T1提交的修改結(jié)果，導致事務T1的修改被丟失。丟失修改的情況如圖6-2所示。調(diào)度時刻事務T1事務T2t1讀A＝16

t2

讀A＝16t3A=A-1寫回A＝15

t4

A=A-2寫回A＝14(覆蓋了T1對A的修改)圖6-2丟失修改2．不可重復讀（UnrepeatableRead）即事務T1兩次讀取同一數(shù)據(jù)項A的內(nèi)容不一致。究其原因，是在兩次讀操作之間，事務T2也修改了數(shù)據(jù)項A。不可重復讀的情況如圖6-3所示。調(diào)度時刻事務T1事務T2t1讀A＝50讀B＝100求和＝150

t2

讀B＝100B←B*2寫回B=200t3讀A＝50讀B＝200求和＝250（驗算不對）

圖6-3不可重復讀3．讀“臟”數(shù)據(jù)（DirtyRead）即事務T1讀取了經(jīng)過事務T2修改過的數(shù)據(jù)，但是由于事務T2因為流產(chǎn)而撤消了對該數(shù)據(jù)的修改，數(shù)據(jù)庫恢復到事務T2執(zhí)行前的狀態(tài)，從而導致事務T1讀取的內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容不一致。讀“臟”數(shù)據(jù)的情況如圖6-4所示。調(diào)度時刻事務T1事務T2t1

讀B＝100B←B*2寫回B=200t2讀B＝200(讀入T2的臟數(shù)據(jù))

t3

ROLLBACK(B恢復為100)圖6-4讀“臟”數(shù)據(jù)返回本節(jié)6.2.2封鎖1．封鎖的類型DBMS通常提供了多種類型的封鎖。一個事務對某個數(shù)據(jù)對象加鎖后究竟擁有什么樣的控制是由封鎖類型決定的?；镜姆怄i類型有兩種：排它鎖（ExclusiveLock，簡稱X鎖）和共享鎖（ShareLock，簡稱為S鎖）。（1）排它鎖。（2）共享鎖。2．保證數(shù)據(jù)一致性的封鎖協(xié)議——三級封鎖協(xié)議所謂封鎖協(xié)議就是在對數(shù)據(jù)庫加鎖、持鎖和釋放鎖時所約定的一些規(guī)則。例如，應何時申請X鎖或S鎖、持鎖時間、何時釋放等。不同的封鎖規(guī)則形成了不同的封鎖協(xié)議，下面介紹三級封鎖協(xié)議。（1）一級封鎖協(xié)議。（2）二級封鎖協(xié)議。（3）三級封鎖協(xié)議（1）一級封鎖協(xié)議。一級封鎖協(xié)議是事務T在修改數(shù)據(jù)之前必須先對其加X鎖，直到事務結(jié)束才釋放。一級封鎖協(xié)議可有效防止丟失修改，并保證事務T是可恢復的。例如，圖6-6使用一級封鎖協(xié)議解決了圖6-2中的丟失修改問題。調(diào)度時刻事務T1事務T2t1獲得XlockA

t2讀A＝16XlockA等待t3A=A-1寫回A＝15CommitUnlockA等待等待等待t4

獲得XlockA讀A＝15A=A-2寫回A＝13CommitUnlockA圖6-6沒有丟失修改（2）二級封鎖協(xié)議。二級封鎖協(xié)議是在一級封鎖協(xié)議加上事務T對要讀取的數(shù)據(jù)加S鎖，讀完后即可釋放S鎖。二級封鎖協(xié)議除防止了丟失修改還可進一步防止讀“臟”數(shù)據(jù)。例如，圖6-7使用二級封鎖協(xié)議解決了圖6-4中讀“臟”數(shù)據(jù)的問題。調(diào)度時刻事務T1事務T2t1

XlockB讀B＝100B←B*2寫回B=200t2SlockB等待

t3

ROLLBACK(B恢復為100)UnlockBt4獲得SlockB讀B＝100UnlockB

圖6-7不讀“臟”數(shù)據(jù)（3）三級封鎖協(xié)議。三級封鎖協(xié)議是事務T在讀取數(shù)據(jù)之前必須先對其加S鎖，在要修改數(shù)據(jù)之前必須先對其加X鎖，直到事務結(jié)束后才釋放所有的鎖。例如圖6-8使用了三級封鎖協(xié)議解決了圖6-3中的不可重復讀問題。調(diào)度時刻事務T1事務T2t1SlockA讀A＝50SlockB讀B＝100求和＝150

t2

XlockB等待t3讀A＝50讀B＝100求和＝150CommitUnlockAUnlockB等待t4

獲得Xlock讀B＝100B←B*2寫回B=200CommitUnlockB圖6-8可重復讀封鎖

協(xié)議X鎖S鎖不丟失

修改不讀臟

數(shù)據(jù)可重

復讀一級事務全程加鎖不加鎖√

二級事務全程加鎖事務開始加鎖，讀完即釋放√√

三級事務全程加鎖事務全程加鎖√√√表6-1不同級別的封鎖協(xié)議返回本節(jié)6.2.3封鎖出現(xiàn)的問題及解決方法1．活鎖在多個事務請求對同一數(shù)據(jù)封鎖時，總是使某一事務等待的情況稱為活鎖。例如：如果事務T1封鎖了數(shù)據(jù)R后，T2也請求封鎖R，于是T2等待。接著T3也請求封鎖R。假如T1釋放R上的鎖后，系統(tǒng)首先批準了T3的請求，T2只得繼續(xù)等待。接著T4也請求封鎖R，T3釋放R上的鎖后，系統(tǒng)又批準了T4的請求，……，T2有可能就這樣永遠等待下去。2．死鎖多個并發(fā)事務處于相互等待的狀態(tài)，其中的每一個事務都在等待它們中的另一個事務釋放封鎖，這樣才可以繼續(xù)執(zhí)行下去，但任何一個事務都沒有釋放自己已獲得的鎖，也無法獲得其他事務已擁有的鎖，所以只好相互等待下去，這就產(chǎn)生了死鎖。調(diào)度時刻事務T1事務T2t1XlockA

t2

XlockBt3XlockB等待

t4

XlockA等待…圖6-9死鎖目前在數(shù)據(jù)庫中解決死鎖問題主要有兩類方法，一類方法是采取一定措施來預防死鎖的發(fā)生，另一類方法是允許發(fā)生死鎖，然后采用一定手段定期診斷系統(tǒng)中有無死鎖，若有則解除之。（1）死鎖的預防。1）一次封鎖法。2）順序封鎖法。（2）死鎖的檢測與解除。返回本節(jié)6.2.4可串行化調(diào)度所謂的兩段鎖協(xié)議是指所有事務必須分兩個階段對數(shù)據(jù)項進行加鎖和解鎖。具體體現(xiàn)在：（1）在對任何數(shù)據(jù)進行讀、寫操作之前，事務首先要獲得對該數(shù)據(jù)的封鎖；（2）釋放一個封鎖之后，事務不再申請并獲得對任何數(shù)據(jù)的封鎖。所謂兩段鎖的含義是：事務分為兩個階段，第一階段是獲得封鎖，也稱為擴展階段。在這個階段，事務可以申請獲得任何數(shù)據(jù)項上的任何類型的鎖，但不能釋放任何鎖。第二階段是釋放封鎖，也稱為收縮階段。在這個階段，事務可以釋放任何數(shù)據(jù)項上的任何類型的鎖，但是不能申請任何鎖。返回本節(jié)6.2.5ORACLE的并發(fā)控制機制Oracle通過支持事務并發(fā)控制機制來管理多個事務，保證事務的一致性，并使用事務日志保證修改的完整性和可恢復性.在通常情況下，數(shù)據(jù)鎖由系統(tǒng)隱含完成，用戶不用考慮封鎖問題，但Oracle也允許用戶用LOCKTABLE命令顯式對封鎖對象加鎖1．Oracle鎖的類型Oracle的鎖分為兩大類：數(shù)據(jù)鎖（DML鎖）和字典鎖.Oracle的數(shù)據(jù)鎖有5種：共享鎖（S鎖）、排它鎖（X鎖），行級共享鎖（RS鎖）、行級排它鎖（RX鎖）和共享行級排它鎖（SRX鎖），其封鎖粒度包括行級和表級2．Oracle數(shù)據(jù)鎖的一個特點在默認情況下，讀數(shù)據(jù)不加鎖。也就是說，當一個用戶更新數(shù)據(jù)時，另一個用戶可以同時讀取相應數(shù)據(jù)。Oracle通過一個被稱之為回滾段的內(nèi)存結(jié)構(gòu)來保證用戶不讀“臟”數(shù)據(jù)和可重復讀。這樣可以提高數(shù)據(jù)的并發(fā)度6.3數(shù)據(jù)庫恢復6.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的故障6.3.2數(shù)據(jù)庫備份技術(shù)6.3.3數(shù)據(jù)庫恢復策略返回首頁6.3.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的故障1．事務故障2．系統(tǒng)故障3．介質(zhì)故障返回本節(jié)6.3.2數(shù)據(jù)庫備份技術(shù)1．數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲2．日志文件1．數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲（1）靜態(tài)轉(zhuǎn)儲和動態(tài)轉(zhuǎn)儲。1）靜態(tài)轉(zhuǎn)儲是在系統(tǒng)中沒有運行其他事務時進行的轉(zhuǎn)儲操作。2）動態(tài)轉(zhuǎn)儲是指轉(zhuǎn)儲操作與用戶事務并發(fā)進行，轉(zhuǎn)儲期間允許對數(shù)據(jù)庫進行存取或修改。（2）海量轉(zhuǎn)儲和增量轉(zhuǎn)儲。海量轉(zhuǎn)儲是指每次轉(zhuǎn)儲全部數(shù)據(jù)庫。增量轉(zhuǎn)儲是指轉(zhuǎn)儲上次轉(zhuǎn)儲后更新過的數(shù)據(jù)。2．日志文件（1）日志文件的格式和內(nèi)容。各個事務的開始（BEGINTRANSACTION）標記。事務標識（標明是哪個事務）。操作的類型（插入、刪除或修改）。操作對象。更新前數(shù)據(jù)的舊值（對插入操作而言，此項為空值）。更新后數(shù)據(jù)的新值（對刪除操作而言，此項為空值）。各個事務的結(jié)束（COMMIT或ROLLBACK）標記。（2）登記日志文件。返回本節(jié)6.3.3數(shù)據(jù)庫恢復策略1．事務故障的恢復具體的恢復步驟為：（1）反向掃描文件日志（即從最后向前掃描日志文件），查找該事務