數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的事務(wù)并發(fā)控制

18/21數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的事務(wù)并發(fā)控制第一部分并發(fā)控制概述 2第二部分鎖機(jī)制與死鎖處理 4第三部分時(shí)間戳排序與優(yōu)化 7第四部分多版本并發(fā)控制 9第五部分樂(lè)觀并發(fā)控制 11第六部分鎖相容性與兩階段鎖 14第七部分并發(fā)異常與恢復(fù) 16第八部分事務(wù)隔離級(jí)別 18

第一部分并發(fā)控制概述數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的事務(wù)并發(fā)控制概述

#概述

并發(fā)控制是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性和一致性的關(guān)鍵機(jī)制。它通過(guò)管理同時(shí)訪問(wèn)和修改相同數(shù)據(jù)的多個(gè)事務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中事務(wù)并發(fā)控制的目的是防止并發(fā)事務(wù)之間的沖突，從而確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

#事務(wù)

事務(wù)是一系列操作的邏輯單元，這些操作要么全部成功執(zhí)行，要么全部失敗，從而保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的一致性。事務(wù)的常見(jiàn)操作包括讀、寫(xiě)、插入和刪除記錄。

#并發(fā)性

并發(fā)性是指允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)處理。這可以提高系統(tǒng)性能，特別是在多用戶環(huán)境中。然而，并發(fā)性也會(huì)引入沖突的可能性，從而需要并發(fā)控制機(jī)制。

#并發(fā)控制機(jī)制

并發(fā)控制機(jī)制旨在解決并發(fā)性引起的沖突。有幾種不同的并發(fā)控制機(jī)制，包括：

*鎖定：鎖定機(jī)制通過(guò)在事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀或?qū)懖僮鲿r(shí)獲取和釋放鎖來(lái)防止沖突。

*時(shí)間戳：時(shí)間戳機(jī)制通過(guò)為每個(gè)事務(wù)分配一個(gè)唯一的時(shí)間戳來(lái)防止沖突。具有較早時(shí)間戳的事務(wù)比具有較晚時(shí)間戳的事務(wù)具有更高的優(yōu)先級(jí)。

*樂(lè)觀并發(fā)控制：樂(lè)觀并發(fā)控制機(jī)制假設(shè)事務(wù)不會(huì)沖突，并允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)運(yùn)行。如果檢測(cè)到?jīng)_突，則會(huì)回滾其中一個(gè)事務(wù)。

*悲觀并發(fā)控制：悲觀并發(fā)控制機(jī)制假設(shè)事務(wù)會(huì)沖突，并通過(guò)在事務(wù)開(kāi)始時(shí)獲取鎖來(lái)防止沖突。

#可串行化

可串行化是并發(fā)控制機(jī)制的一個(gè)重要屬性。它保證事務(wù)之間的執(zhí)行順序與它們依次執(zhí)行時(shí)的執(zhí)行順序相同。可串行化確保數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

#隔離級(jí)別

隔離級(jí)別定義了事務(wù)之間執(zhí)行的隔離程度。常見(jiàn)的隔離級(jí)別包括：

*未提交讀：允許讀取未提交的事務(wù)的修改。

*已提交讀：僅允許讀取已提交的事務(wù)的修改。

*可重復(fù)讀：確保在一個(gè)事務(wù)內(nèi)看到的修改在事務(wù)期間保持一致。

*串行化：提供最高級(jí)別的隔離，確保事務(wù)按順序執(zhí)行。

#死鎖

死鎖發(fā)生在兩個(gè)或多個(gè)事務(wù)相互等待彼此釋放鎖定的情況。死鎖導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)處理事務(wù)。并發(fā)控制機(jī)制必須提供死鎖檢測(cè)和恢復(fù)機(jī)制。

#并發(fā)控制的挑戰(zhàn)

并發(fā)控制是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，需要解決以下挑戰(zhàn)：

*性能：并發(fā)控制機(jī)制不應(yīng)顯著降低系統(tǒng)性能。

*可伸縮性：機(jī)制應(yīng)可伸縮，以處理大量并發(fā)事務(wù)。

*正確性：機(jī)制必須確保數(shù)據(jù)的完整性和一致性。第二部分鎖機(jī)制與死鎖處理關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)鎖機(jī)制

-基于記錄的鎖（表鎖、頁(yè)鎖、記錄鎖）：針對(duì)不同粒度的數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行加鎖，粒度越小，并發(fā)性越高，開(kāi)銷(xiāo)越大。

-基于時(shí)間的鎖：以一定時(shí)間為界限加鎖，例如讀鎖和寫(xiě)鎖。讀鎖允許并發(fā)讀，寫(xiě)鎖不允許并發(fā)寫(xiě)或讀。

-兩階段加鎖：在事務(wù)中分為加鎖階段和解鎖階段。加鎖階段只加鎖，解鎖階段只解鎖，避免死鎖。

死鎖處理

-死鎖檢測(cè)：定期檢測(cè)系統(tǒng)中是否有死鎖，常采用超時(shí)檢測(cè)或等待圖檢測(cè)等方法。

-死鎖預(yù)防：在事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中采取措施，避免死鎖的發(fā)生，例如時(shí)間戳排序、順序分配和等待圖法。

-死鎖恢復(fù)：一旦檢測(cè)到死鎖，回滾部分事務(wù)或中止低優(yōu)先級(jí)的死鎖進(jìn)程。

時(shí)間戳排序

-每個(gè)事務(wù)開(kāi)始時(shí)分配一個(gè)唯一的時(shí)間戳。

-讀操作只能讀時(shí)間戳比其小的記錄。

-寫(xiě)操作只能寫(xiě)時(shí)間戳比其小的記錄。

-避免死鎖，但會(huì)帶來(lái)性能開(kāi)銷(xiāo)。

順序分配

-將數(shù)據(jù)對(duì)象按照某一順序編號(hào)。

-事務(wù)只能按順序獲取對(duì)象的鎖，避免死鎖。

-簡(jiǎn)單高效，但限制并發(fā)性。

等待圖法

-建立事務(wù)之間的等待圖，其中節(jié)點(diǎn)代表事務(wù)，邊代表等待關(guān)系。

-檢測(cè)環(huán)路即表示死鎖。

-死鎖恢復(fù)時(shí)，回滾優(yōu)先級(jí)較低的死鎖事務(wù)。

樂(lè)觀并發(fā)控制

-事務(wù)執(zhí)行時(shí)不加鎖，直到提交階段才檢測(cè)沖突。

-沖突發(fā)生時(shí)回滾事務(wù)。

-并發(fā)性高，但開(kāi)銷(xiāo)也大。鎖機(jī)制

在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，鎖機(jī)制是一種并發(fā)控制技術(shù)，用于防止事務(wù)之間的沖突，以確保數(shù)據(jù)的完整性和一致性。鎖通過(guò)限制事務(wù)對(duì)共享數(shù)據(jù)的訪問(wèn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

鎖的類(lèi)型：

*共享鎖（S鎖）：允許事務(wù)讀取數(shù)據(jù)，但不能修改。

*排他鎖（X鎖）：允許事務(wù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)，并阻止其他事務(wù)讀取或?qū)懭搿?/p>

鎖的請(qǐng)求和釋放：

當(dāng)事務(wù)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，它必須先請(qǐng)求一個(gè)適當(dāng)?shù)逆i。鎖請(qǐng)求可以立即被授予，也可以在鎖被其他事務(wù)持有時(shí)被阻塞。事務(wù)在完成對(duì)數(shù)據(jù)的操作后，必須釋放鎖。

死鎖處理

死鎖是指兩個(gè)或多個(gè)事務(wù)相互等待對(duì)方釋放鎖的情況。當(dāng)死鎖發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行，因?yàn)闆](méi)有任何事務(wù)可以獲得所需的鎖。

死鎖預(yù)防：

防止死鎖的一種方法是使用死鎖預(yù)防機(jī)制。該機(jī)制涉及強(qiáng)制事務(wù)按照特定的順序獲取鎖，以避免形成死鎖環(huán)。

*順序分配鎖：事務(wù)總是按照數(shù)據(jù)對(duì)象的某個(gè)預(yù)定義順序獲取鎖。

*時(shí)間戳機(jī)制：事務(wù)被分配一個(gè)時(shí)間戳，并且只允許擁有較早時(shí)間戳的事務(wù)獲取鎖。

死鎖檢測(cè)和恢復(fù)：

如果死鎖預(yù)防失敗，系統(tǒng)必須檢測(cè)和恢復(fù)死鎖。

*死鎖檢測(cè)：系統(tǒng)使用算法定期檢查是否存在死鎖。如果檢測(cè)到死鎖，系統(tǒng)將選擇一個(gè)或多個(gè)事務(wù)進(jìn)行回滾，以打破死鎖環(huán)。

*死鎖恢復(fù)：系統(tǒng)回滾被選定的事務(wù)，并釋放其持有的鎖?；貪L的事務(wù)將重新啟動(dòng)，并以不同的順序請(qǐng)求鎖，以避免再次發(fā)生死鎖。

死鎖處理策略：

系統(tǒng)在處理死鎖時(shí)可以采用以下策略：

*等待死亡（wait-for-graph）：事務(wù)等待擁有其所需鎖的事務(wù)釋放鎖。

*回滾最年輕事務(wù)（rollback-youngest）：回滾最近啟動(dòng)的事務(wù)，因?yàn)樗窃斐伤梨i的可能性最小的。

*回滾代價(jià)最低事務(wù)（rollback-cheapest）：回滾回滾代價(jià)最低的事務(wù)。

*回滾優(yōu)先級(jí)最高事務(wù)（rollback-highest-priority）：回滾優(yōu)先級(jí)最高的事務(wù)，以最大程度地減少死鎖造成的損失。

結(jié)論

鎖機(jī)制和死鎖處理是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中事務(wù)并發(fā)控制的關(guān)鍵組成部分。鎖機(jī)制通過(guò)限制事務(wù)對(duì)共享數(shù)據(jù)的訪問(wèn)來(lái)防止沖突，而死鎖處理技術(shù)通過(guò)檢測(cè)和恢復(fù)死鎖來(lái)確保系統(tǒng)不會(huì)陷入僵局。通過(guò)使用適當(dāng)?shù)逆i機(jī)制和死鎖處理策略，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以確保數(shù)據(jù)的完整性、一致性和可訪問(wèn)性，即使在高并發(fā)環(huán)境中也是如此。第三部分時(shí)間戳排序與優(yōu)化關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【時(shí)間戳排序】：

1.給每個(gè)事務(wù)分配一個(gè)唯一的時(shí)間戳，根據(jù)時(shí)間戳對(duì)事務(wù)進(jìn)行排序。

2.只有時(shí)間戳較早的事務(wù)才能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，如果遇到時(shí)間戳較晚的事務(wù)，則需要等待或回滾。

3.提高了并發(fā)性，因?yàn)槭聞?wù)不會(huì)因?yàn)闆_突而等待。

【鎖定】：

時(shí)間戳排序與優(yōu)化

#時(shí)間戳排序

時(shí)間戳排序是一種并發(fā)控制技術(shù)，通過(guò)分配唯一的時(shí)間戳來(lái)管理事務(wù)的執(zhí)行順序。每個(gè)事務(wù)在開(kāi)始時(shí)都會(huì)分配一個(gè)時(shí)間戳，該時(shí)間戳表示該事務(wù)在系統(tǒng)中啟動(dòng)的時(shí)間。

時(shí)間戳排序有兩種主要類(lèi)型：

*單版本時(shí)間戳排序(SV)：僅保留最近提交事務(wù)的版本，從而簡(jiǎn)化了并發(fā)控制。

*多版本時(shí)間戳排序(MV)：保留所有已提交事務(wù)的版本，從而允許讀取歷史數(shù)據(jù)。

#時(shí)間戳排序的優(yōu)點(diǎn)

*簡(jiǎn)單易懂：基于時(shí)間戳的概念，易于理解和實(shí)現(xiàn)。

*較低的開(kāi)銷(xiāo)：時(shí)間戳通常是較小的整數(shù)，分配和比較開(kāi)銷(xiāo)很低。

*對(duì)死鎖的處理：時(shí)間戳排序通過(guò)強(qiáng)制事務(wù)按時(shí)間戳順序執(zhí)行來(lái)預(yù)防死鎖。

#時(shí)間戳排序的缺點(diǎn)

*幻讀：MV時(shí)間戳排序可能出現(xiàn)幻讀問(wèn)題，即事務(wù)讀到了另一個(gè)事務(wù)已提交但尚未看到的行。

*并發(fā)性較低：SV時(shí)間戳排序僅允許同時(shí)執(zhí)行一個(gè)事務(wù)，而MV時(shí)間戳排序在某些情況下也可能限制并發(fā)性。

*時(shí)間戳溢出：時(shí)間戳如果使用整數(shù)表示，可能會(huì)溢出，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

#時(shí)間戳排序的優(yōu)化

為了提高時(shí)間戳排序的性能，可以采用以下優(yōu)化技術(shù)：

*時(shí)間戳緩存：將最近分配的時(shí)間戳緩存起來(lái)，以減少分配開(kāi)銷(xiāo)。

*可預(yù)測(cè)的時(shí)間戳：使用可預(yù)測(cè)的時(shí)間戳算法，例如Lamport時(shí)鐘，以避免時(shí)間戳沖突。

*范圍時(shí)間戳：使用范圍時(shí)間戳，例如事務(wù)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，以對(duì)事務(wù)并發(fā)性進(jìn)行更細(xì)粒度的控制。

*鎖優(yōu)化：在時(shí)間戳排序中引入鎖機(jī)制，以優(yōu)化特定情況下的并發(fā)性。

*索引優(yōu)化：通過(guò)創(chuàng)建時(shí)間戳索引，可以快速查找特定時(shí)間戳的事務(wù)或數(shù)據(jù)版本。

#總結(jié)

時(shí)間戳排序是一種有效的并發(fā)控制技術(shù)，可防止數(shù)據(jù)不一致性并提高數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的吞吐量。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化技術(shù)，可以進(jìn)一步提升時(shí)間戳排序的性能和可伸縮性。第四部分多版本并發(fā)控制關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)多版本并發(fā)控制（MVCC）

1.通過(guò)追蹤數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的不同版本，允許事務(wù)并發(fā)訪問(wèn)相同數(shù)據(jù)項(xiàng)，而無(wú)需加鎖。

2.每個(gè)事務(wù)持有自己的時(shí)間戳，當(dāng)事務(wù)讀取記錄時(shí)，它將獲取記錄在該時(shí)間戳下的版本。

3.事務(wù)只會(huì)寫(xiě)入最新的記錄版本，確保數(shù)據(jù)一致性。

時(shí)間戳分配

1.系統(tǒng)使用邏輯時(shí)鐘或物理時(shí)鐘為每個(gè)事務(wù)分配時(shí)間戳。

2.邏輯時(shí)鐘保證事務(wù)順序執(zhí)行，而物理時(shí)鐘使用絕對(duì)時(shí)間進(jìn)行分配。

3.時(shí)鐘分配算法決定事務(wù)執(zhí)行順序，影響并發(fā)性。

讀-寫(xiě)沖突檢測(cè)

1.讀事務(wù)不會(huì)修改數(shù)據(jù)，因此不會(huì)與其他事務(wù)發(fā)生沖突。

2.寫(xiě)事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，可能與其他并發(fā)寫(xiě)事務(wù)沖突。

3.讀-寫(xiě)沖突檢測(cè)檢查讀事務(wù)的時(shí)間戳是否小于寫(xiě)事務(wù)的時(shí)間戳，以確定是否存在沖突。

寫(xiě)-寫(xiě)沖突檢測(cè)

1.寫(xiě)-寫(xiě)沖突發(fā)生在兩個(gè)事務(wù)并發(fā)修改同一記錄時(shí)。

2.系統(tǒng)比較沖突事務(wù)的時(shí)間戳，允許時(shí)間戳較早的事務(wù)優(yōu)先寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

3.沖突事務(wù)可能被回滾或等待，以解決沖突。

并發(fā)性和可串行化

1.MVCC通過(guò)消除加鎖來(lái)提高并發(fā)性，但可能導(dǎo)致非串行化執(zhí)行。

2.可串行化保證事務(wù)順序執(zhí)行，即使并發(fā)執(zhí)行。

3.MVCC實(shí)現(xiàn)可串行化通常需要額外的機(jī)制，例如讀視圖或嚴(yán)格兩階段鎖定。

趨勢(shì)和前沿

1.MVCC在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和云計(jì)算環(huán)境中受到廣泛采用。

2.樂(lè)觀并發(fā)控制和時(shí)間戳并發(fā)控制是MVCC的變體，進(jìn)一步提高了并發(fā)性。

3.新型技術(shù)，如多值時(shí)間戳和基于代理的MVCC，正在探索以解決不斷增長(zhǎng)的并發(fā)性需求。多版本并發(fā)控制

多版本并發(fā)控制（MVCC）是一種并發(fā)控制技術(shù)，允許事務(wù)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)讀取事務(wù)開(kāi)始時(shí)的舊快照版本，而不是對(duì)其他并發(fā)事務(wù)可見(jiàn)的最新版本。這消除了讀取寫(xiě)沖突的可能性，并簡(jiǎn)化了并發(fā)控制。

MVCC工作原理

*時(shí)間戳：每個(gè)事務(wù)都有一個(gè)唯一的時(shí)間戳，用于識(shí)別其執(zhí)行時(shí)間。

*記錄版本：每當(dāng)記錄被更新時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新版本，并帶有該事務(wù)的時(shí)間戳。

*讀取快照：在事務(wù)開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)會(huì)為其創(chuàng)建一個(gè)讀取快照，其中包含所有在事務(wù)開(kāi)始前提交的記錄版本。

優(yōu)點(diǎn)

*無(wú)沖突讀?。菏聞?wù)可以讀取事務(wù)開(kāi)始時(shí)的記錄舊版本，而不會(huì)受到其他并發(fā)事務(wù)的影響。

*低開(kāi)銷(xiāo)：不需要復(fù)雜的鎖機(jī)制，從而降低了系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。

*高吞吐量：支持大量的并發(fā)事務(wù)，因?yàn)樽x取不會(huì)阻塞寫(xiě)入。

實(shí)現(xiàn)

有多種技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)MVCC，包括：

*隱式多版本（IMV）：系統(tǒng)自動(dòng)維護(hù)記錄版本，不需要顯式更新。

*顯式多版本（EMV）：事務(wù)需要顯式指定要讀取的記錄版本。

限制

*寫(xiě)入幻象：雖然MVCC消除了讀取寫(xiě)沖突，但它無(wú)法防止寫(xiě)入幻象。當(dāng)事務(wù)讀取記錄的舊版本時(shí)，可能會(huì)插入或刪除其他事務(wù)的新版本。

*空間開(kāi)銷(xiāo)：系統(tǒng)需要存儲(chǔ)記錄的所有版本，這可能會(huì)消耗大量存儲(chǔ)空間。

*時(shí)間旅行：MVCC允許事務(wù)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)歷史記錄，這可能會(huì)引起安全問(wèn)題。

使用場(chǎng)景

MVCC通常用于以下情況：

*讀多寫(xiě)少的工作負(fù)載：大多數(shù)事務(wù)都是讀取密集型的，MVCC可以防止讀取寫(xiě)沖突。

*數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和分析系統(tǒng)：這些系統(tǒng)需要經(jīng)常訪問(wèn)歷史數(shù)據(jù)，MVCC可以提供該數(shù)據(jù)而不會(huì)妨礙并發(fā)更新。

*分布式數(shù)據(jù)庫(kù)：MVCC適用于分布式系統(tǒng)，因?yàn)榭梢詼p少跨節(jié)點(diǎn)通信和鎖定沖突。

其他注意事項(xiàng)

*MVCC通常與其他并發(fā)控制技術(shù)結(jié)合使用，例如兩階段鎖定，以處理寫(xiě)入幻象。

*MVCC的有效性取決于系統(tǒng)時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。

*MVCC可以通過(guò)使用數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制來(lái)增強(qiáng)，以提供冗余和容錯(cuò)能力。第五部分樂(lè)觀并發(fā)控制關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【樂(lè)觀事務(wù)控制】

1.事務(wù)執(zhí)行的三個(gè)階段：

-讀?。菏聞?wù)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)而不進(jìn)行加鎖。

-驗(yàn)證：事務(wù)在提交之前檢查數(shù)據(jù)是否自上次讀取以來(lái)的改變。

-提交：如果數(shù)據(jù)未改變，事務(wù)提交并且數(shù)據(jù)被寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.沖突檢測(cè)：

-樂(lè)觀事務(wù)控制依賴于版本控制或時(shí)間戳來(lái)檢測(cè)沖突。

-當(dāng)一個(gè)事務(wù)嘗試提交時(shí)，它會(huì)檢查自它讀取數(shù)據(jù)以來(lái)是否發(fā)生了任何更改。

-如果發(fā)生更改，事務(wù)將中止并要求用戶重試。

3.適用于低沖突環(huán)境：

-樂(lè)觀事務(wù)控制非常適用于沖突發(fā)生的可能性很低的系統(tǒng)。

-在這樣的系統(tǒng)中，大多數(shù)事務(wù)可以順利執(zhí)行，而不會(huì)遇到?jīng)_突。

【隔絕級(jí)別】

樂(lè)觀并發(fā)控制

在樂(lè)觀并發(fā)控制中，事務(wù)在提交前假定不會(huì)發(fā)生沖突。事務(wù)在執(zhí)行過(guò)程中不加任何鎖，而是標(biāo)記為“臟”狀態(tài)。在提交時(shí)，系統(tǒng)將檢查事務(wù)是否與其他已提交或未提交的事務(wù)存在沖突。如果發(fā)生沖突，則會(huì)回滾該事務(wù)并通知應(yīng)用程序。

原理

樂(lè)觀并發(fā)控制基于以下假設(shè)：

*大多數(shù)事務(wù)不會(huì)發(fā)生沖突

*沖突通常是局部且短暫的

機(jī)制

樂(lè)觀并發(fā)控制通過(guò)以下機(jī)制實(shí)現(xiàn)：

*時(shí)間戳：每個(gè)事務(wù)分配一個(gè)時(shí)間戳，用于記錄其開(kāi)始時(shí)間

*驗(yàn)證：在提交時(shí)，事務(wù)將檢查其操作是否會(huì)與其他已提交或未提交的事務(wù)發(fā)生沖突。沖突包括：

*修改相同數(shù)據(jù)項(xiàng)

*不同的事務(wù)同時(shí)持有相同數(shù)據(jù)項(xiàng)的互斥鎖

*回滾：如果發(fā)生沖突，則會(huì)回滾該事務(wù)，并釋放其持有的任何鎖

優(yōu)點(diǎn)

與悲觀并發(fā)控制相比，樂(lè)觀并發(fā)控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：

*更高的并發(fā)性：由于不加鎖，因此事務(wù)之間存在更少的阻塞

*更少的死鎖：由于事務(wù)不持有鎖，因此不會(huì)出現(xiàn)死鎖

*更好的可伸縮性：隨著系統(tǒng)中事務(wù)數(shù)量的增加，樂(lè)觀并發(fā)控制可以提供更好的性能

缺點(diǎn)

樂(lè)觀并發(fā)控制也存在以下缺點(diǎn)：

*更高的驗(yàn)證開(kāi)銷(xiāo)：在提交時(shí)需要對(duì)事務(wù)進(jìn)行全面驗(yàn)證

*幻讀問(wèn)題：事務(wù)可能讀取其他已提交事務(wù)寫(xiě)入但對(duì)其不可見(jiàn)的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致不一致性

*不可重復(fù)讀問(wèn)題：事務(wù)在多次讀取過(guò)程中可能會(huì)看到不同版本的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致不一致性

應(yīng)用場(chǎng)景

樂(lè)觀并發(fā)控制適用于以下場(chǎng)景：

*沖突率較低的事務(wù)系統(tǒng)：在大多數(shù)情況下，事務(wù)之間不會(huì)發(fā)生沖突

*對(duì)并發(fā)性要求較高的系統(tǒng)：需要最大限度地減少事務(wù)阻塞的情況

*對(duì)可伸縮性要求較高的系統(tǒng)：需要隨著事務(wù)數(shù)量的增加而保持良好的性能第六部分鎖相容性與兩階段鎖關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)鎖相容性

1.鎖相容性規(guī)則定義了并發(fā)事務(wù)如何安全地訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)。

2.兼容的鎖類(lèi)型允許并發(fā)事務(wù)訪問(wèn)相同的數(shù)據(jù)項(xiàng)，而不會(huì)發(fā)生死鎖或數(shù)據(jù)損壞。

3.例如，如果事務(wù)A獲取了對(duì)數(shù)據(jù)的共享鎖，則事務(wù)B可以安全地獲取對(duì)該數(shù)據(jù)的共享鎖，但不能獲取排他鎖。

兩階段鎖

1.兩階段鎖(2PL)是一種并發(fā)控制協(xié)議，它強(qiáng)制事務(wù)在執(zhí)行期間以兩個(gè)階段獲取和釋放鎖：增長(zhǎng)階段和收縮階段。

2.在增長(zhǎng)階段，事務(wù)獲取鎖，但不能釋放鎖。

3.在收縮階段，事務(wù)釋放鎖，但不能獲取鎖。

4.2PL可以防止死鎖和保證串行化，因?yàn)樗_保在事務(wù)提交之前沒(méi)有其他事務(wù)可以獲取沖突的鎖。鎖相容性

鎖相容性是指兩個(gè)或多個(gè)事務(wù)對(duì)同一數(shù)據(jù)對(duì)象同時(shí)加鎖時(shí)是否會(huì)導(dǎo)致沖突。根據(jù)鎖定的類(lèi)型，可以將鎖相容性劃分為以下幾種：

*互斥鎖(S類(lèi)型的鎖)：一個(gè)事務(wù)擁有對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的互斥鎖時(shí)，其他事務(wù)不能對(duì)該對(duì)象加鎖，直到事務(wù)釋放互斥鎖。

*共享鎖(X類(lèi)型的鎖)：一個(gè)事務(wù)擁有對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的共享鎖時(shí)，其他事務(wù)仍然可以對(duì)該對(duì)象加共享鎖，但不能加互斥鎖。

*更新鎖(U類(lèi)型的鎖)：一個(gè)事務(wù)擁有對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的更新鎖時(shí)，其他事務(wù)不能對(duì)該對(duì)象加鎖，直到事務(wù)釋放更新鎖。

不同的鎖相容性規(guī)則定義了哪些鎖組合會(huì)導(dǎo)致沖突：

*嚴(yán)格相容性：任何情況下都不會(huì)發(fā)生沖突。

*保守相容性：僅允許S與S鎖和X與X鎖同時(shí)存在。

*間隙相容性：允許S與U鎖同時(shí)存在，并允許X與U鎖同時(shí)存在，但S與X鎖不同時(shí)存在。

兩階段鎖(2PL)

兩階段鎖是一種并發(fā)控制協(xié)議，它要求事務(wù)遵循以下兩個(gè)階段：

*增長(zhǎng)階段：事務(wù)獲取所有所需的鎖，但不會(huì)釋放任何鎖。

*收縮階段：事務(wù)釋放所有鎖，并提交或回滾事務(wù)。

2PL確保了事務(wù)序列化，即事務(wù)執(zhí)行的結(jié)果與串行執(zhí)行相同。

2PL的優(yōu)點(diǎn)：

*保證了事務(wù)序列化。

*相比其他并發(fā)控制協(xié)議，開(kāi)銷(xiāo)相對(duì)較低。

2PL的缺點(diǎn)：

*死鎖：在某些情況下，可能發(fā)生死鎖，即兩個(gè)或多個(gè)事務(wù)無(wú)限期地等待對(duì)方釋放鎖。

*鎖爭(zhēng)奪：事務(wù)可能需要長(zhǎng)時(shí)間等待才能獲取鎖，從而導(dǎo)致性能下降。

優(yōu)化2PL

可以采用以下技術(shù)優(yōu)化2PL的性能：

*死鎖檢測(cè)和解決：使用定時(shí)器檢測(cè)死鎖，并通過(guò)回滾事務(wù)或中止任務(wù)來(lái)解決死鎖。

*鎖粒度控制：使用更細(xì)粒度的鎖（如行級(jí)鎖）可以減少鎖爭(zhēng)奪。

*鎖升級(jí)：允許事務(wù)將共享鎖升級(jí)為更新鎖，以避免在轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生鎖爭(zhēng)奪。

*樂(lè)觀并發(fā)控制：使用樂(lè)觀并發(fā)控制技術(shù)，事務(wù)在提交時(shí)才進(jìn)行鎖檢查，從而可以減少鎖爭(zhēng)奪。第七部分并發(fā)異常與恢復(fù)關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)丟失更新異常，

1.兩個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行同一操作，一個(gè)事務(wù)更新數(shù)據(jù)后，另一個(gè)事務(wù)讀取該數(shù)據(jù)，而未感知到更新。

2.事務(wù)隔離級(jí)別設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。

3.可通過(guò)使用時(shí)間戳或鎖機(jī)制來(lái)解決。

臟讀異常，

并發(fā)異常與恢復(fù)

并發(fā)執(zhí)行的事務(wù)可能會(huì)產(chǎn)生并發(fā)異常，這是由于多個(gè)事務(wù)同時(shí)訪問(wèn)和修改共享數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生的數(shù)據(jù)不一致。最常見(jiàn)的并發(fā)異常包括：

*丟失更新：當(dāng)一個(gè)事務(wù)讀取和修改數(shù)據(jù)，而另一個(gè)事務(wù)在該事務(wù)提交之前也修改了同一數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)發(fā)生丟失更新。

*臟讀：當(dāng)一個(gè)事務(wù)讀取了另一個(gè)未提交事務(wù)修改的數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)發(fā)生臟讀。

*幻讀：當(dāng)一個(gè)事務(wù)執(zhí)行查詢兩次，并且在兩次查詢之間另一個(gè)事務(wù)插入或刪除了數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致查詢結(jié)果不一致時(shí)，就會(huì)發(fā)生幻讀。

恢復(fù)并發(fā)異常

為了恢復(fù)并發(fā)異常，需要使用恢復(fù)技術(shù)，包括：

回滾（Rollback）：當(dāng)一個(gè)事務(wù)檢測(cè)到并發(fā)異常時(shí)，可以回滾該事務(wù)，將其恢復(fù)到它開(kāi)始執(zhí)行前的狀態(tài)。

補(bǔ)償（Compensation）：補(bǔ)償涉及執(zhí)行一個(gè)相反的事務(wù)來(lái)撤銷(xiāo)先前事務(wù)的效果。

沖突串行化（ConflictSerialization）：沖突串行化強(qiáng)制事務(wù)按照嚴(yán)格的順序執(zhí)行，就像它們一次一個(gè)地執(zhí)行一樣。

并發(fā)控制機(jī)制

為了防止并發(fā)異常，可以實(shí)施各種并發(fā)控制機(jī)制，包括：

鎖：鎖機(jī)制允許事務(wù)獨(dú)占訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)事務(wù)需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)時(shí)，它必須先獲取一個(gè)鎖，并且在釋放鎖之前不能釋放對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。

時(shí)間戳：時(shí)間戳機(jī)制為每個(gè)事務(wù)分配一個(gè)唯一的時(shí)間戳。事務(wù)讀取和修改數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)更新時(shí)間戳。如果兩個(gè)事務(wù)試圖修改同一數(shù)據(jù)，則具有較舊時(shí)間戳的事務(wù)將被回滾。

樂(lè)觀并發(fā)控制（OCC）：OCC允許事務(wù)在不獲取鎖的情況下執(zhí)行。當(dāng)一個(gè)事務(wù)提交時(shí)，它會(huì)檢查是否有沖突。如果檢測(cè)到?jīng)_突，則會(huì)將該事務(wù)回滾。

悲觀并發(fā)控制（PCC）：PCC在事務(wù)執(zhí)行期間獲取鎖。這可以防止其他事務(wù)修改受鎖保護(hù)的數(shù)據(jù)，從而避免沖突。

選擇并發(fā)控制機(jī)制

選擇適當(dāng)?shù)牟l(fā)控制機(jī)制取決于應(yīng)用程序的特定要求。以下是一些需要考慮的因素：

*事務(wù)的并發(fā)性程度

*數(shù)據(jù)完整性的重要性

*系統(tǒng)性能要求第八部分事務(wù)隔離級(jí)別關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)【事務(wù)隔離級(jí)別】：

1.事務(wù)隔離級(jí)別定義了并發(fā)執(zhí)行的事務(wù)之間的可見(jiàn)性規(guī)則。

2.不同的隔離級(jí)別提供了不同程度的隔離，從最低的讀取未提交到最高的串行化。

3.選擇適當(dāng)?shù)母綦x級(jí)別至關(guān)重要，以平衡數(shù)據(jù)完整性和應(yīng)用程序性能。

【可讀未提交】：

事務(wù)隔離級(jí)別

在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，事務(wù)隔離級(jí)別定義了在并發(fā)環(huán)境中事務(wù)執(zhí)行的可見(jiàn)性和影響。事務(wù)隔離級(jí)別決定了哪些未提交的事務(wù)對(duì)當(dāng)前事務(wù)可見(jiàn)，以及當(dāng)前事務(wù)對(duì)其他未提交事務(wù)的影響程度。

隔離級(jí)別

Serializable（串行化）

*最嚴(yán)格的隔離級(jí)別，保證事務(wù)以串行化的順序執(zhí)行，就像在沒(méi)有并發(fā)的情況下一樣。

*禁止任何形式的讀寫(xiě)沖突或臟讀。

*會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的性能開(kāi)銷(xiāo)，通常只在少數(shù)關(guān)鍵場(chǎng)景中使用。

RepeatableRead（可重復(fù)讀）

*保證在一個(gè)事務(wù)的生命周期內(nèi)看不到其他未提交事務(wù)的修改。

*允許臟讀，但不允許幻讀（即在事務(wù)生命周期內(nèi)讀取其他事務(wù)插入的新行）。

*性能略低于Serializable，但提供了更強(qiáng)的隔離性。

ReadCommitted（已提交讀）

*事務(wù)只能看到已提交事務(wù)的更改。

*允許臟讀和幻讀。

*性能比RepeatableRead高，但隔離性較弱。

ReadUncommitted（未提交讀）

*事務(wù)可以看到其他未提交事務(wù)的修改。

*允許臟讀、幻讀和游標(biāo)穩(wěn)定性問(wèn)題。

*性能最高，但隔離性最弱。

臟讀

臟讀是指讀取尚未提交的事務(wù)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。這可能會(huì)導(dǎo)致讀取不一致或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

幻讀

幻讀是指在事務(wù)執(zhí)行期間插入或刪除新行的現(xiàn)象。這可能會(huì)導(dǎo)致事務(wù)讀取不完整或錯(cuò)誤的結(jié)果。

游標(biāo)穩(wěn)定性

游標(biāo)穩(wěn)定性是指事務(wù)在整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)游標(biāo)查詢結(jié)果的可見(jiàn)性。在ReadUncommitted隔離級(jí)別下，游標(biāo)可能會(huì)返回不穩(wěn)定的結(jié)果，因?yàn)槲刺峤坏?/p>