事務(wù)處理與并發(fā)控制機制

事務(wù)處理與并發(fā)控制機制匯報人：文小庫2024-01-16目錄contents事務(wù)處理概述并發(fā)控制機制原理數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理技術(shù)并發(fā)控制算法與優(yōu)化策略典型應(yīng)用場景分析實踐案例與經(jīng)驗分享總結(jié)與展望01事務(wù)處理概述原子性（Atomicity）事務(wù)是一個不可分割的工作單位，事務(wù)中的操作要么都發(fā)生，要么都不發(fā)生。事務(wù)必須使數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)變換到另一個一致性狀態(tài)。一個事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)干擾。即一個事務(wù)內(nèi)部的操作及使用的數(shù)據(jù)對并發(fā)的其他事務(wù)是隔離的，并發(fā)執(zhí)行的各個事務(wù)之間不會互相干擾。持續(xù)性也稱永久性（Permanence），指一個事務(wù)一旦提交，它對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的改變就應(yīng)該是永久性的。接下來的操作或故障不應(yīng)該對其有任何影響。一致性（Consistency）隔離性（Isolation）持久性（Durability）事務(wù)定義與特性數(shù)據(jù)完整性保障通過事務(wù)處理，可以確保數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)在多個操作中保持一致性，避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致或錯誤的情況。提高系統(tǒng)可靠性事務(wù)處理可以確保在系統(tǒng)故障或異常情況下，數(shù)據(jù)庫能夠恢復(fù)到一致的狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)的可靠性。優(yōu)化性能通過合理地劃分事務(wù)，可以優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的性能。例如，將多個相關(guān)的操作放在同一個事務(wù)中，可以減少數(shù)據(jù)庫的鎖競爭和I/O操作，提高執(zhí)行效率。事務(wù)處理重要性銀行轉(zhuǎn)賬01在銀行轉(zhuǎn)賬場景中，需要確保轉(zhuǎn)賬操作的原子性和一致性。如果轉(zhuǎn)賬操作失敗，需要回滾到轉(zhuǎn)賬前的狀態(tài)，避免資金丟失或錯誤轉(zhuǎn)賬的情況。電商交易02在電商交易場景中，需要確保訂單生成、支付、發(fā)貨等操作的原子性和一致性。如果其中任何一個操作失敗，需要回滾到交易前的狀態(tài)，避免訂單狀態(tài)不一致或數(shù)據(jù)錯誤的情況。庫存管理03在庫存管理場景中，需要確保庫存數(shù)量的準確性和一致性。當多個用戶同時操作庫存時，需要通過事務(wù)處理來避免數(shù)據(jù)沖突或不一致的情況。常見事務(wù)處理場景02并發(fā)控制機制原理并發(fā)訪問問題臟讀（DirtyRead）：一個事務(wù)讀取了另一個未提交事務(wù)的修改。02不可重復(fù)讀（Non-repeatableRead）：在同一事務(wù)中，多次讀取同一數(shù)據(jù)返回的結(jié)果有所不同。03幻讀（PhantomRead）：一個事務(wù)在執(zhí)行過程中讀取了幾行記錄后，接著另一個并發(fā)事務(wù)插入了一些記錄，先前的事務(wù)再次讀取時，發(fā)現(xiàn)多了一些“幻影”記錄。01共享鎖（SharedLock）：允許多個事務(wù)同時讀取同一資源。排他鎖（ExclusiveLock）：防止其他事務(wù)修改或刪除某一資源。樂觀鎖（OptimisticLocking）：假設(shè)多個事務(wù)在同一時間對同一數(shù)據(jù)進行操作的可能性比較小，因此原則上不會直接使用數(shù)據(jù)庫的行鎖系統(tǒng)，而是在數(shù)據(jù)讀取時增加版本號，寫入時檢查版本號是否變更，如果變更則認為數(shù)據(jù)已經(jīng)被其他事務(wù)修改，返回寫入失敗。悲觀鎖（PessimisticLocking）：假定會發(fā)生并發(fā)沖突，阻塞掉其他所有事務(wù)，直到該事務(wù)完成。鎖機制原理及類型時間戳（TimestampOrdering）為每個事務(wù)分配一個唯一的時間戳，根據(jù)時間戳決定事務(wù)的執(zhí)行順序。要點一要點二多版本并發(fā)控制（MVCC,Multi-Version…通過保存數(shù)據(jù)在某個時間點的快照來實現(xiàn)并發(fā)控制。每個讀操作都會看到一個一致的數(shù)據(jù)庫版本，而寫操作則會創(chuàng)建新的版本。這樣可以避免讀寫和寫寫沖突，提高并發(fā)性能。時間戳排序方法03數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理技術(shù)事務(wù)是一個原子操作單元，其對數(shù)據(jù)的修改要么全都執(zhí)行，要么全都不執(zhí)行。原子性（Atomicity）事務(wù)必須使數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)變換到另一個一致性狀態(tài)。一致性（Consistency）事務(wù)的執(zhí)行不受其他事務(wù)的干擾，事務(wù)執(zhí)行的中間結(jié)果對其他事務(wù)是不可見的。隔離性（Isolation）一旦事務(wù)完成，則其結(jié)果就是永久的，即使系統(tǒng)發(fā)生崩潰也不會丟失。持久性（Durability）數(shù)據(jù)庫事務(wù)概念及ACID屬性隔離級別與性能權(quán)衡讀未提交（ReadUncommitted）：最低的隔離級別，允許讀取尚未提交的事務(wù)中的數(shù)據(jù)變更，可能會導(dǎo)致臟讀、不可重復(fù)讀或幻讀。讀已提交（ReadCommitted）：允許讀取并發(fā)事務(wù)已經(jīng)提交的數(shù)據(jù)，可以阻止臟讀，但是不可重復(fù)讀和幻讀仍有可能發(fā)生?？芍貜?fù)讀（RepeatableRead）：對同一字段的多次讀取結(jié)果都是一致的，除非數(shù)據(jù)是被本身事務(wù)自己所修改，可以阻止臟讀和不可重復(fù)讀，但幻讀仍有可能發(fā)生。串行化（Serializable）：最高的隔離級別，完全服從ACID的隔離級別。所有的事務(wù)依次逐個執(zhí)行，這樣事務(wù)之間就完全不可能產(chǎn)生干擾，也就是說，該級別可以防止臟讀、不可重復(fù)讀以及幻讀。分布式事務(wù)的原子提交協(xié)議，用于確保所有參與者在全局事務(wù)中的操作要么全部提交，要么全部回滾。兩階段提交（2PC）協(xié)議三階段提交（3PC）協(xié)議基于日志的恢復(fù)技術(shù)分布式事務(wù)管理器在2PC的基礎(chǔ)上引入預(yù)提交階段，以減少阻塞和提高可靠性。通過記錄事務(wù)操作日志來實現(xiàn)故障恢復(fù)，保證事務(wù)的原子性和持久性。提供統(tǒng)一的分布式事務(wù)管理接口和協(xié)調(diào)機制，支持多種分布式事務(wù)處理技術(shù)。分布式事務(wù)處理技術(shù)04并發(fā)控制算法與優(yōu)化策略03死鎖處理通過死鎖預(yù)防、死鎖避免、死鎖檢測和恢復(fù)等策略，處理可能出現(xiàn)的死鎖情況。01鎖定機制通過鎖定被訪問的數(shù)據(jù)對象，確保同一時間只有一個事務(wù)可以訪問，從而避免數(shù)據(jù)不一致的問題。02阻塞與等待當數(shù)據(jù)對象被其他事務(wù)鎖定時，申請訪問該數(shù)據(jù)的事務(wù)將被阻塞，直到鎖被釋放。悲觀并發(fā)控制算法版本號機制為每個數(shù)據(jù)對象設(shè)置一個版本號，事務(wù)在讀取數(shù)據(jù)時獲取版本號，在提交更新時檢查版本號是否發(fā)生變化。沖突檢測在事務(wù)提交更新時，比較當前數(shù)據(jù)版本號與事務(wù)開始時的版本號，若不一致則認為存在沖突?；貪L與重試當檢測到?jīng)_突時，樂觀并發(fā)控制通常采取回滾事務(wù)并重新執(zhí)行的方式解決沖突。樂觀并發(fā)控制算法讀不阻塞寫和寫不阻塞讀通過維護不同版本的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)讀寫操作之間的非阻塞并發(fā)執(zhí)行。垃圾回收定期清理不再需要的舊版本數(shù)據(jù)，釋放存儲空間。版本鏈允許多個事務(wù)同時讀取同一數(shù)據(jù)對象的不同版本，形成一個版本鏈，每個版本對應(yīng)一個事務(wù)的修改。多版本并發(fā)控制算法讀寫分離將數(shù)據(jù)庫的讀寫操作分散到不同的節(jié)點上執(zhí)行，減輕單個節(jié)點的負載壓力。事務(wù)拆分將大事務(wù)拆分成多個小事務(wù)執(zhí)行，減少鎖的持有時間，降低系統(tǒng)阻塞風險。使用索引合理創(chuàng)建和使用索引，減少數(shù)據(jù)掃描范圍，提高查詢效率，降低鎖的競爭程度。減少鎖粒度通過降低鎖的粒度，如使用行級鎖代替表級鎖，提高系統(tǒng)的并發(fā)性能。并發(fā)控制優(yōu)化策略05典型應(yīng)用場景分析訂單處理在電子商務(wù)系統(tǒng)中，用戶下單購買商品涉及多個步驟，如生成訂單、扣減庫存、支付等。這些步驟需要作為一個整體事務(wù)進行處理，確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性。并發(fā)訪問控制在高并發(fā)的電子商務(wù)系統(tǒng)中，多個用戶可能同時訪問和修改同一數(shù)據(jù)。通過并發(fā)控制機制，如鎖或樂觀鎖等，可以確保數(shù)據(jù)在并發(fā)訪問時的正確性。電子商務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用金融交易系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)賬功能涉及從一個賬戶扣款和向另一個賬戶入賬兩個步驟。這兩個步驟必須作為一個原子事務(wù)執(zhí)行，以確保資金的正確轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)賬交易金融交易系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的一致性要求極高，任何不一致都可能導(dǎo)致資金損失或糾紛。事務(wù)處理機制可以確保即使在系統(tǒng)故障或網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，數(shù)據(jù)也能保持一致性。數(shù)據(jù)一致性金融交易系統(tǒng)中的應(yīng)用企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)中的應(yīng)用庫存管理企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)中，庫存的變動需要與訂單、采購等業(yè)務(wù)流程同步。通過事務(wù)處理，可以確保庫存數(shù)據(jù)的實時性和準確性。數(shù)據(jù)完整性企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)涉及多個部門和業(yè)務(wù)流程的數(shù)據(jù)整合。事務(wù)處理機制可以確保在多個操作之間保持數(shù)據(jù)完整性，避免數(shù)據(jù)不一致或丟失。06實踐案例與經(jīng)驗分享分布式事務(wù)處理采用兩階段提交、三階段提交等分布式事務(wù)協(xié)議，確?？缍鄠€服務(wù)的數(shù)據(jù)一致性。數(shù)據(jù)庫事務(wù)優(yōu)化利用數(shù)據(jù)庫提供的事務(wù)隔離級別，合理設(shè)置隔離級別以減少鎖競爭，提高系統(tǒng)吞吐量。柔性事務(wù)處理引入補償機制，對失敗的事務(wù)進行回滾或重試，保證最終一致性。某大型電商平臺事務(wù)處理實踐030201采用樂觀鎖、悲觀鎖等策略，控制對共享資源的并發(fā)訪問，確保數(shù)據(jù)完整性。鎖機制通過消息隊列實現(xiàn)請求排隊，避免大量請求同時沖擊數(shù)據(jù)庫，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。隊列控制利用負載均衡技術(shù)，將并發(fā)請求分發(fā)到多個處理節(jié)點，提高系統(tǒng)處理能力。負載均衡某銀行核心系統(tǒng)并發(fā)控制機制設(shè)計長事務(wù)拆分將長時間運行的事務(wù)拆分為多個短事務(wù)，減少鎖持有時間，提高系統(tǒng)并發(fā)能力。數(shù)據(jù)庫連接池管理建立數(shù)據(jù)庫連接池，復(fù)用數(shù)據(jù)庫連接，降低連接創(chuàng)建和銷毀的開銷。并發(fā)控制策略根據(jù)業(yè)務(wù)特點，制定合理的并發(fā)控制策略，如基于時間戳的版本控制、讀寫分離等，提高系統(tǒng)性能。某制造業(yè)企業(yè)ERP系統(tǒng)優(yōu)化經(jīng)驗分享07總結(jié)與展望123事務(wù)處理機制確保數(shù)據(jù)庫在多個操作過程中的數(shù)據(jù)一致性，防止因部分操作失敗而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不一致問題。保障數(shù)據(jù)一致性通過并發(fā)控制機制，可以避免多個事務(wù)同時操作同一數(shù)據(jù)對象而產(chǎn)生的沖突，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。提高系統(tǒng)可靠性合理的事務(wù)處理和并發(fā)控制機制可以提高系統(tǒng)的吞吐量和響應(yīng)時間，提升用戶體驗和系統(tǒng)性能。優(yōu)化系統(tǒng)性能事務(wù)處理與并發(fā)控制機制重要性總結(jié)數(shù)據(jù)安全與隱私保護在事務(wù)處理和并發(fā)控制過程中，如何保障數(shù)據(jù)安全和隱私不泄露也是未來需要關(guān)注的