chap事务处理、并发控制与恢复技术
数据库事务的处理方式与并发控制方法
数据库事务的处理方式与并发控制方法数据库事务是指对数据库的一组操作，组成事务的操作要么完全执行，要么完全不执行，它具有原子性、一致性、隔离性和持久性的特性。
在数据库系统中，事务的处理方式和并发控制方法是保障数据的一致性和并发性的关键。
事务处理方式有两种：主动方式和被动方式。
主动方式是指程序员显式地编写代码来处理事务，包括事务的开始、提交和回滚等。
在主动方式中，程序员需要负责事务的控制，确保每个事务的正确执行。
被动方式是指数据库管理系统自动进行事务处理，程序员不需要编写额外的代码。
被动方式下，数据库会自动将每个SQL语句执行作为一个事务进行处理。
如果在执行过程中发生错误，系统会自动回滚事务，撤销已经执行的操作。
主动方式适用于复杂的事务处理，可以灵活地控制事务的开始、提交和回滚。
被动方式则更适合简单的事务处理，减少了程序员的工作量，但灵活度较低。
并发控制方法是为了解决多个用户并发访问数据库时可能引发的一致性问题。
以下介绍几种主要的并发控制方法。
1. 锁定机制：通过锁定数据项的方式，控制对数据的访问，在读取、修改和释放数据之前，加上相应的锁定。
锁定机制分为乐观锁和悲观锁。
悲观锁认为数据会被其他事务修改，因此在操作数据之前先加上锁定，保证在一个事务完成之前其他事务不能修改相同的数据。
乐观锁则默认其他事务不会修改数据，只在更新数据时进行冲突检测。
2. 并发控制图：将每个事务抽象为节点，事务之间的冲突关系抽象为边，建立并发控制图。
通过检测图中是否存在环来判断是否存在死锁，进而采取相应的处理措施。
3. 时间戳机制：为每个事务分配一个唯一的时间戳，根据不同的时间戳来确定操作的顺序。
时间戳机制分为基于版本的和无锁机制。
基于版本的时间戳机制，每个事务在进行读操作时会使用之前版本的数据来进行读取，而写操作会生成新的版本号。
无锁机制则是避免使用锁，通过数据的版本号来进行控制。
4. 多版本控制：为每个事务提供一个可见的数据版本，不同的事务可以同时读取不同版本的数据，不会出现冲突。
事务处理技术
事务的状态
1. 2. 3. 4. 5.
一个事务必须处于如下状态之一： 活动状态 部分提交状态 失败状态 异常结束状态 提交状态
我们可以在事务中执行如下的操作来实现事务 状态的转换： (1)BEGIN-TRANSACTION开始运行事务，使事务 进入活动状态 (2)END-TRANSACTION说明事务中的所有读写操 作都已完成，使事务进入部分提交状态，把事 务的所有操作对数据库的影响存入数据库 (3)COMMIT-TRANSACTION标志事务已经成功地 完成，事务进入提交状态，结束事务的运行
一个处于死锁状态的调度
T9:LOCK-X(B); READ(B); B:=B-50; WRITE(B); LOCK-X(A); T10: LOCK-S(A); READ(A); LOCK-S(B);
基于锁的并发控制协议
一个保证可串行性的方法是在互斥的方式下存 取数据项，即当一个事务存取一个数据项时， 不允许其他事务修改这个数据项
锁的概念
锁是数据项上的并发控制标志 （1）共享锁：如果事务T得到了数据项Q上的共 享锁，则T可以读这个数据项，但不能写这个 数据项。共享锁表示为S. （2）互斥锁：如果事务T得到了数据项Q上的互 斥锁，则T既可以读这个数据项，也可以写这 个数据项。互斥锁表示为X.
事务调度与可串行性
事务的调度 定义12.3.1：N个事务的一个调度S是N个事务 的所有操作的一个序列，表示这些操作的执行 顺序，并且满足对于N个事务中的每个事务T， 如果操作i在T中先于操作j执行，则在S中操作 i也必须先于操作j执行。 多个事务的调度保持每个事务的操作在该事务 中的顺序不变。但是，不同事务的操作可以交 叉执行。一个事务的所有操作都执行完后才执 行完后才执行另一个事务的所有操作。我们称 这样的调度为串行调度，表示事务的串行运行。 称其他类型的调度为并行调度。
后端开发知识：后端开发中的事务和并发控制
后端开发知识：后端开发中的事务和并发控制后端开发是现代软件开发中不可缺少的一部分。
其中，事务和并发控制是后端开发中非常重要的概念。
在本文中，我们将深入探讨这些概念，以便更好地理解和应用它们。
事务事务是指一系列操作的组合，这些操作构成一个不可分割的工作单元，要么全部完成，要么全部失败。
事务是数据库管理系统（DBMS）中的一个重要概念，它确保了对于数据的修改是有对应的原子性、一致性、隔离性和持久性的。
这四个特性也被称为ACID属性。
原子性。
一个事务中的操作要么全部成功，要么全部失败。
如果事务在中途发生错误，系统将撤销所有已经完成的操作，使数据回滚到事务开始时的状态。
一致性。
当事务完成时，数据库的状态必须与预期的状态一致。
这意味着，在一个事务中，所有的操作都必须被正确地执行，否则事务将被回滚到原始状态。
隔离性。
对于多个并发执行的事务，每个事务必须与其他事务隔离，以防止并发执行时产生的数据不一致的问题。
持久性。
事务一旦提交，其更改就应该是永久性的。
即使系统发生故障，也应该能够通过恢复机制将所有更改持久保存。
事务的应用事务在后端开发中的应用非常广泛。
例如，在一个电子商务网站中，当客户下订单时，订单的创建和更新应该在一个事务中完成，以确保订单数据的一致性；另一个例子是在企业级应用程序中，当在多个数据库表中插入或更新数据时，应使用事务，以确保所有操作都成功或全部失败。
并发控制并发控制是指在多个用户并发访问数据库时，保持数据的一致性和完整性的一种技术。
并发访问数据库是很常见的情况，但是多个用户同时修改同一个数据可能会导致不一致的结果。
因此，必须采取措施保证数据的一致性。
并发控制的方法在后端开发中，有几种常用的并发控制机制。
它们各自的优点和适用范围如下：锁。
锁是一种常用的并发控制机制。
在多个并发事务中，当一个事务正在访问数据库资源时，其他事务必须等待这个事务释放锁后才能访问该资源。
锁可以起到控制并发访问的作用，保证数据的一致性。
数据库中的事务处理与并发控制
数据库中的事务处理与并发控制事务处理和并发控制是数据库管理系统中非常重要的概念，它们确保数据库在多用户环境下的一致性和完整性。
本文将介绍事务处理和并发控制的概念、原理以及应用，以及常用的实现方式和技术。
一、事务处理1. 事务概述事务是数据库操作的基本单位，它表示一个逻辑上的操作序列，要么完全执行，要么完全不执行。
事务有四个基本属性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）。
2.事务的ACID属性- 原子性：事务中的操作要么全部成功，要么全部失败回滚，不存在部分成功的情况。
- 一致性：事务执行前后，数据库的状态保持一致性。
- 隔离性：多个事务并发执行时，相互之间是隔离的，互不干扰。
- 持久性：事务一旦提交，其结果将永久保存在数据库中，不会因为系统故障而丢失。
3. 事务的并发控制并发控制是确保多个事务并发执行时数据库一致性的重要手段。
并发控制的目标是解决脏读（Dirty Read）、不可重复读（Non-repeatable Read）和幻读（Phantom Read）等问题。
二、并发控制1. 锁的概念与分类锁是一种用于控制对数据的访问的机制。
根据锁的粒度可以分为共享锁（Shared Lock）和排他锁（Exclusive Lock）。
共享锁可以被多个事务同时持有，适用于读操作，排他锁则只能被一个事务持有，适用于写操作。
2. 一级封锁协议一级封锁协议是最简单的封锁协议，它要求事务在修改数据前先获得排他锁，并在事务结束后释放锁。
这种协议可以解决脏读和不可重复读问题，但无法解决幻读问题。
3. 两段封锁协议两段封锁协议是解决并发控制问题的较为常用的协议。
它分为两个阶段，即封锁生长阶段和封锁释放阶段。
事务在生长阶段会不断获取和释放锁，直到需要提交或回滚。
这种协议可以解决脏读和不可重复读问题。
4. 多版本并发控制（MVCC）多版本并发控制是一种现代的并发控制技术，它通过为每个事务分配唯一的时间戳，实现了非阻塞的并发操作。
分布式数据库事务处理的并发控制与恢复技术
分布式数据库事务处理的并发控制与恢复技术随着云计算和大数据技术的迅速发展，分布式数据库系统正在成为处理大规模数据的主流解决方案。
在分布式数据库系统中，事务处理是保证数据一致性和数据完整性的关键。
然而，分布式环境中的并发控制和故障恢复问题对于分布式数据库系统的性能和可用性至关重要。
本文将深入探讨分布式数据库事务处理的并发控制与恢复技术。
在分布式数据库系统中，多个事务可能会同时对相同的数据进行读写操作，这就引发了并发控制的问题。
并发控制的目标是保证事务的隔离性和原子性，即每个事务在操作数据时都应该感知不到其他事务的存在。
为了实现并发控制，通常采用锁机制、时间戳机制和多版本并发控制（MVCC）等技术。
首先，锁机制是一种基本的并发控制技术。
它通过在数据项上加锁来实现互斥访问。
当一个事务想要获取锁时，如果该锁已经被其他事务持有，则该事务必须等待直到锁释放。
然而，锁机制可能导致死锁问题，即多个事务相互持有对方需要的锁而无法继续执行。
为了解决死锁问题，可以采用死锁检测和死锁恢复机制。
其次，时间戳机制是一种基于时间戳的并发控制技术。
在该机制中，每个事务被赋予一个唯一的时间戳，用于标识该事务的开始时间。
当事务请求对数据进行读写时，系统会检查该事务的时间戳是否大于或等于其他事务的时间戳，从而决定是否允许该操作。
时间戳机制可以保证事务的隔离性和原子性，但可能会导致事务无效化和丢弃问题。
为了解决这些问题，可以采用时间戳重新分配和事务重启等策略。
另外，多版本并发控制（MVCC）是一种不需加锁的并发控制技术。
它通过为每个事务创建多个版本的数据来实现并发访问。
每个事务在读取数据时只能看到自己开始之前提交的事务的数据版本，并且在写入数据时也是创建新的版本而不是直接更新原有的数据。
MVCC的优点是不需要加锁，从而避免了死锁问题，并且提供了更高的并发性能。
但是，MVCC也可能导致数据一致性和存储空间浪费的问题。
为了解决这些问题，可以采用快照隔离和垃圾收集等技术。
事务处理技术
事务调度与可串行性
事务的调度 定义12.3.1：N个事务的一个调度S是N个事务 的所有操作的一个序列，表示这些操作的执行 顺序，并且满足对于N个事务中的每个事务T， 如果操作i在T中先于操作j执行，则在S中操作 i也必须先于操作j执行。 多个事务的调度保持每个事务的操作在该事务 中的顺序不变。但是，不同事务的操作可以交 叉执行。一个事务的所有操作都执行完后才执 行完后才执行另一个事务的所有操作。我们称 这样的调度为串行调度，表示事务的串行运行。 称其他类型的调度为并行调度。
调度的可串行性
对于N个事务来说，有N！个串行调度。由于N 个事务可以有很多种并行调度，N个事务的调 度个数远大于N！。 调度的可串行性 N个事务S是可串行的，如果S等价于一个串行 调度。 串行调度一定产生正确的运行结果，而并行调 度可能产生不正确的事务运行结果。 一个并行调度等价于一个串行调度意味着并行 调度是正确的。
事务的概念
背景知识 1、古老而典型的例子 提起事务，就会用到银行中两个账户之间转 帐的例子，即从账户A转X元到帐户B，它同时 涉及到两个不同帐户的读写操作。 2、事务中涉及数据库访问的基本操作 ⑴read(X)：从数据库传送数据项X到执行read操 作的事务的一个局部缓冲区中； ⑵write(X)：从执行write事务的局部缓冲区中 把数据项X传回数据库。
每个事务在存取一个数据项之前必须获得这个 数据项上的锁。一个事务需要获得的锁的类型 依赖于它将在数据项上执行什么样的操作。 给定一个各种类型锁的集合，可以如下定义这 个锁集合上的相容关系。 令A和B表示任意类型的锁。设事务Ti在数据 项Q上要求一个A型锁，事务Tj(Ti≠Tj)已经在 Q上有一个B型锁。如果事务Ti能够获得Q上的A 型锁，则说A型锁和B型锁是相容。
数据库系统概论CH11部分习题解答
第十一章并发控制事务处理技术主要包括数据库恢复技术和并发控制技术。
本章讨论数据库并发控制的根本概念和实现技术。
本章内容有一定的深度和难度。
读者学习本章一定要做到概念清楚。
一、根本知识点数据库是一个共享资源，当多个用户并发存取数据库时就会产生多个事务同时存取同一个数据的情况。
假设对并发操作不加控制就可能会存取和存储不正确的数据，破坏数据库的一致性。
所以DBMS必须提供并发控制机制。
并发控制机制的正确性和高效性是衡量一个DBMS性能的重要标志之一。
①需要了解的: 数据库并发控制技术的必要性，活锁死锁的概念。
②需要结实掌握的: 并发操作可能产生数据不一致性的情况(丧失修改、不可重复读、读“脏数据〞)及其确切含义；封锁的类型；不同封锁类型的(例如X 锁，S锁)的性质和定义，相关的相容控制矩阵；封锁协议的概念；封锁粒度的概念；多粒度封锁方法；多粒度封锁协议的相容控制矩阵。
③需要举一反三的:封锁协议与数据一致性的关系；并发调度的可串行性概念；两段锁协议与可串行性的关系；两段锁协议与死锁的关系。
④难点:两段锁协议与串行性的关系；与死锁的关系；具有意向锁的多粒度封锁方法的封锁过程。
二、习题解答和解析1. 在数据库中为什么要并发控制? 并发控制技术能保证事务的哪些特性？答数据库是共享资源，通常有许多个事务同时在运行。
当多个事务并发地存取数据库时就会产生同时读取和/或修改同一数据的情况。
假设对并发操作不加控制就可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务的一致性和数据库的一致性。
所以数据库管理系统必须提供并发控制机制。
并发控制技术能保证事务的隔离性和一致性。
2. 并发操作可能会产生哪几类数据不一致? 用什么方法能防止各种不一致的情况?答并发操作带来的数据不一致性包括三类:丧失修改、不可重复读和读“脏〞数据。
(1) 丧失修改(Lost Update)两个事务T1和T2读入同一数据并修改，T2提交的结果破坏了(覆盖了)T1提交的结果，导致T1的修改被丧失。
事务处理系统的功能及作用
事务处理系统的功能及作用1.数据管理：事务处理系统可以帮助组织有效地管理和存储大量的数据。
它提供了数据录入、查询、更新和删除等功能，能够帮助用户方便地访问和操作数据。
此外，它还可以协助组织建立数据模型、定义数据结构和设置数据约束，确保数据的准确性和一致性。
2.事务管理：事务处理系统能够管理并监控各种事务的执行过程，确保事务的完整性和一致性。
它可以记录事务的起始时间、执行结果和执行日志等信息，以便在发生错误或异常时进行回滚或恢复操作。
此外，它还可以提供并发控制机制，避免不同事务之间的冲突和竞争条件。
3.并发控制：事务处理系统可以处理大量并发的事务请求，确保各个事务之间相互独立和可靠。
它可以通过锁机制、时间戳和多版本并发控制等技术来防止并发冲突和数据丢失。
并发控制能够提高系统的吞吐量和响应速度，有效地提升用户的体验和满意度。
4.容错恢复：事务处理系统具有容错和恢复的能力，能够在发生故障或错误时自动进行恢复和修复操作。
它可以通过备份和恢复机制、事务日志和回滚操作等手段来保证系统的可用性和稳定性。
容错恢复功能能够帮助组织减少业务中断的风险和损失。
5.安全保护：事务处理系统能够提供安全保护措施，确保用户数据和系统不受未经授权的访问和篡改。
它可以通过身份验证、访问控制和加密等技术来保护数据的机密性和完整性。
安全保护功能能够帮助组织满足数据隐私和合规性的需求。
6.性能优化：事务处理系统可以对系统的性能进行优化和调整，提升系统的响应速度和吞吐量。
它可以通过事务的批处理、查询优化和索引设计等手段来改善系统的性能。
性能优化功能能够帮助组织提高业务的效率和竞争力。
7.业务流程管理：事务处理系统能够帮助组织管理和优化业务流程，提升组织的运营效率和管理能力。
它可以通过流程建模、任务调度和工作流引擎等技术来实现业务流程的自动化和规范化。
业务流程管理功能能够帮助组织实现业务流程的标准化和持续改进。
总之，事务处理系统具有数据管理、事务管理、并发控制、容错恢复、安全保护、性能优化和业务流程管理等多种功能，能够帮助组织有效地管理业务流程和数据，提升组织的效率和竞争力。
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原子性(Atomicity) 一致性(Consistency) 隔离性(Isolation) 持续性(Durability)
事务是并发控制和恢复的基本单位。 保证事务ACID特性是事务处理的重要任务。
chap事务处理、并发控制与恢复技术
5.1.2事务的ACID特性 (续)
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5.2并发操作
并发操作：
当多个用户同时存取数据库就会产生对数据库的并 发操作。
并发操作打破了事务一个一个执行的顺序，会破坏 事务的ACID特性，从而会使数据库处于数据不一 致性状态。
为了充分利用系统资源，发挥数据库共享资源的 特点，应该允许多个事务并行地执行。
并发控制的主要技术是 封锁（Locking）
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5.3并发控制技术
封锁 并发调度的可串行性 两段锁协议 封锁的粒度
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5.1.1 事务 (续)
SQL Server 的事务模式： 自动提交事务
每条单独的语句都是一个事务。每条语句后都隐含一 个COMMIT
显式事务
每个事务均以 BEGIN TRANSACTION 语句显式开始 ，以 COMMIT 或 ROLLBACK 语句显式结束。
第5章 事务处理、并发控制 与恢复技术
chap事务处理、并发控制与恢复技术
本章目标本章结束时，学员能够：源自了解事务的概念和ACID特性
掌握并发控制和封锁技术的概念
理解并发调度的可串行性及两段锁协议
了解封锁粒度
了解数据库系统的故障种类
理解数据库恢复的实现技术和常见故障的恢
复策略
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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
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5.1.2事务的ACID特性(续)
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
事务的调度
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
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 调度可以分为串行调度和并行调度两种
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
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5.2并发操作(续)
并发操作带来的数据不一致性: 考虑飞机订票系统中的一个活动序列：
甲售票点(甲事务)读出某航班的机票余额A，假 设A为16；
乙售票点(乙事务)读出同一航班的机票余额A， 也为16；
甲售票点卖出一张机票，修改余额A=A-1，所以 A为15，把A写回数据库；
5.1事务的基本概念
“一荣俱荣，一损俱损”这句话很能体现事务的思 想，很多复杂的事物要分步进行，但它们组成一个 整体，要么整体生效，要么整体失效。这种思想反 映到数据库上，就是多个SQL语句，要么所有执行 成功，要么所有执行失败。
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5.1.1 事务 (续)
定义事务的三条语句：
隐性事务
在前一个事务完成时新事务隐式启动，但每个事务仍 以 COMMIT 或 ROLLBACK 语句显式完成。（如 UPDATE/INSERT/DELETE）
自动提交模式是 Microsoft SQL Server 的默认事务管理模式。
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5.1.2 事务的ACID特性
数据库的一致性状态，由并发控制机制实现 如银行转帐，转帐前后两个帐户金额之和应保 持不变
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5.1.2事务的ACID特性(续)
隔离性(Isolation)
一个事务的执行不能被其他事务干扰。 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
BEGIN TRANSACTION COMMIT ROLLBACK SQL 中 事 务 以 Begin transaction 开 始 ， 以 Commit 或
Rollback 结束 Commit 表示提交，即提交事务的所有操作，事务正常 结束。 Rollback 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
并行调度
在并行调度中，c来hap自事务不处同理、事并发务控的制与指恢复令技可术 以交叉执行
5.1.3事务调度
并行与串行的对比：、 并行调度可以使事务并发执行，以提高系统的吞 吐量，但可能会破坏数据库的一致性； 串行调度导致时延，效率低。
调度的核心问题应该在保证一致性的前提下最大 限度地提高并发度
隔离性通过并发控制机制实现
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5.1.2事务的ACID特性(续)
持久性(Durability) 也称为永久性，指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
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5.1.3事务调度
乙售票点也卖出一张机票，修改余额A=A-1，所 以A为15，把A写回数据库；
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5.3并发控制技术
为了保证数据一致性，DBMS必须提供并发控 制机制，对并发操作进行正确的调度。并发控 制机制是衡量一个数据库管理系统性能的重要 标志之一。
并发控制就是用正确的方式调度并发操作，使 一个用户事务的执行不受其他事务的干扰，从 而避免造成数据的不一致性。
5.1事务的基本概念
事务的概念： 所谓事务是用户定义的一个数据库操作序列 ，这些操作要么全做要么全不做，是一个不 可分割的工作单位。 例如，在关系数据库中，一个事务可以是一 条SQL语句、一组SQL语句或整个程序。 事务是一个逻辑工作单元，同时又是一个恢 复单元 一个事务提交之后，数据库又处于或应该处 于一个一致性状态 chap事务处理、并发控制与恢复技术