PG数据库内核分析_第7章_事务处理与并发控制_学习笔记
数据库原理及应用第7章课后习题答案
习题71、试述事务的概念及事务的四个特性。
事务(Transaction)是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作是一个完整的工作单元，一个事务内的所有语句被作为一个整体，这些操作要么全做，要么全不做。
事务是数据库环境的中的逻辑单元，相当于操作系统中的进程。
为了保证数据库中数据的正确性，一个事务具有四个特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持续性（Durability ）。
这四个特性简称ACID 特性。
2、试述事务的状态及转换。
3、在数据库中为什么要并发控制并发控制能保证事务的哪些特性数据库的一个明显的特点是多个用户共享数据库资源，尤其是多用户可以同时存取相同的数据。
在这样的系统中，在同一时刻并发运行的事务数可达数百个。
若对事务的并发操作不加以控制，就会造成数据存、取的错误，破坏了数据的一致性和完整性。
并发控制可以防止数据不一致性出现。
4、并发操作可能会产生哪几类数据不一致用什么方法可以避免不一致性的情况并发操作带来的数据不一致性分为四种情况：丢失数修改、读“脏”数据、不可重复读和产生“幽灵”数据。
在数据库环境下，进行并发控制的主要技术有封锁(Locking)、时间戳(Timestamp)和乐观控制法。
商用的DBMS一般都采用封锁方法。
5、什么是封锁基本的封锁类型有哪些试述它们的含义。
封锁机制，即加锁（Locking），是一种并发控制机制，是用来调整对共享目标的并行存取的技术。
事务通过向封锁管理程序的系统组成部分发出请求而对事务加锁。
基本封锁类型有两种：共享锁（Share Locks，简记为S锁或读锁）和排它锁（Exclusive Locks，简记为X锁或写锁）。
6、如何用封锁机制保证数据的一致性在运用X锁和S锁对数据对象加锁时，还需要约定一些规则，这些规则为封锁协议或加锁协议（Locking Protocol）。
对封锁方式加不同的规则，就形成了各种不同级别的封锁协议。
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。
第7章事务与并发控制
7.2.1 并发控制需解决的问题
多个事务并发执行时，数据的不一致主要表现为：数据丢失更新、读“脏”数据、 不可重复读。
1．数据丢失更新 所谓丢失更新（Lost Update），是指两个或多个事务在并发执行的情况下，都对同 一数据项更新（即先读后改，再写入），从而导致后面的更新覆盖前面的更新。例如， 对于联网售票系统，设有两个事务T1，T2都要求访问数据项A，设事务T1，T2执行前A 的值为20，T1，T2的执行顺序如图7.2所示，当事务T1读得的值为20，T2读得的值也是 20；T1写入A的值为19，T2写入A的值也是19，显然这与事实不符，这是由于两个事务 并发地对同一数据写入而引起的，因此这种情况又称为写-写冲突。 2．读“脏”数据 读“脏”数据是由于一个事务正在读另一个更新事务尚未提交的数据引起的，这种 数据不一致的情况又称为读-写冲突。例如，对于如图7.3所示的两个并发执行的事务T1， T2，T2先读得A的值，T1读得A的值，修改并写入，然后T2读得T1修改后的A的值，T1 执行回滚操作，显然T2第二次读到的A的值是一个不存在的值，这是一个“脏”数据。 读“脏”数据是由读-写冲突引起的。
7.2.2 封锁
（4）意向锁 对于数据库中的数据对象，可用如图7.5所示的层次树表示。 意向锁表示一个事务为了访问数据库对象层次结构中的某些底层资源（如表中的元 组）而加共享锁或排他锁的意向。意向锁可以提高系统性能，因为DBMS仅在表级检查 意向锁就可确定事务是否可以安全地获取该表上的锁，而无须检查表中每个元组的锁来 确定事务是否可以锁定整个表。意向锁包括意向共享（IS）、意向排他（IX）及意向排 他共享（SIX）。
SIX 相容 不相容 不相容 不相容 不相容 不相容
X 不相容 不相容 不相容 不相容务T申请对数据对象A加锁时，若该数据对象上已加了锁，新加的锁必须 满足表7.2中锁的相容性。
深入理解数据库事务处理和并发控制的原理和实现
深入理解数据库事务处理和并发控制的原理和实现数据库事务处理和并发控制是数据库管理系统中重要的两个概念。
事务处理是指将一组数据库操作看作一个不可分割的工作单元，要么全部执行成功，要么全部回滚失败。
并发控制是指数据库系统在多个用户同时访问数据库时保证数据的一致性和隔离性。
事务处理的原理和实现：1. ACID特性：事务处理要满足四个特性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）。
原子性要求事务是不可分割的，要么全部成功，要么全部失败；一致性要求事务执行前后数据库的状态保持一致；隔离性要求一个事务的执行不会被其他并发事务干扰；持久性要求事务一旦提交，其结果就会持久化到数据库中。
2.事务日志：数据库管理系统通过记录事务日志来实现事务的原子性和持久性。
事务开始时，将所有对数据库的修改操作都写入事务日志中；事务执行中，可以将修改操作缓存到内存中；事务提交时，将事务日志写入磁盘，并将缓存的修改操作应用到数据库中。
通过事务日志，即使系统崩溃，也可以通过回滚日志恢复到事务之前的状态。
3.锁机制：为保证事务的隔离性，数据库管理系统使用锁机制来对数据库对象进行加锁和解锁。
锁的粒度可以是整个表、行、页或者其他更小的单位。
并发事务之间通过锁来实现互斥，避免数据的不一致性。
并发控制的原理和实现：1.事务隔离级别：数据库管理系统定义了四个事务隔离级别，即读未提交（Read Uncommitted）、读已提交（Read Committed）、可重复读（Repeatable Read）和可序列化（Serializable）。
隔离级别越高，对并发事务的干扰越小，但性能也会相应下降。
2.并发事务调度：数据库管理系统通过并发事务调度机制来保证并发事务的隔离性。
一般使用两种调度技术，即基于锁的调度和基于时间戳的调度。
基于锁的调度通过加锁和解锁操作来处理并发事务之间的冲突，保证事务的隔离性；基于时间戳的调度根据事务提交的时间戳来判定其执行顺序，避免并发事务之间的交叉执行。
数据库事务处理及并发控制技术
数据库事务处理及并发控制技术数据库事务处理和并发控制技术是数据库管理系统中重要的概念，用于确保多个并发事务同时对数据库进行操作时的数据一致性和完整性。
本文将介绍数据库事务处理的概念、ACID特性以及事务的隔离级别，同时还会探讨并发控制技术中的锁和并发事务调度算法。
1. 数据库事务处理数据库事务是指作为一个逻辑工作单元执行的一系列数据库操作。
事务具有ACID特性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）。
- 原子性：事务中的所有操作要么全部成功执行，要么全部回滚到事务开始前的状态。
这确保了数据库在任何时刻都可以保持一致性。
- 一致性：事务执行的结果必须是数据库从一个一致状态到另一个一致状态的转换。
数据库的完整性约束必须在事务执行前后均得到满足。
- 隔离性：事务之间应该相互隔离，使得每个事务都感觉到它正在独立执行。
并发事务的执行不会相互干扰，避免了事务的竞争条件和不一致性。
- 持久性：一旦事务提交，则数据库中的数据改变是永久的，即使发生系统崩溃，也能够恢复到持久性状态。
为了处理并发事务带来的问题，数据库系统提供了多个事务隔离级别，包括读未提交（Read Uncommitted）、读提交（Read Committed）、可重复读（Repeatable Read）和可序列化（Serializable）。
2. 并发控制技术并发控制技术用于处理多个并发事务对数据库的访问冲突，并确保事务的隔离和原子性操作。
两个常用的并发控制技术是锁和并发事务调度算法。
- 锁：数据库管理系统使用锁来管理并发事务对共享资源的访问。
锁可以分为共享锁（Shared Lock）和排他锁（Exclusive Lock）。
共享锁允许事务对资源进行读取操作，而排他锁则要求事务独占资源的访问权。
- 并发事务调度算法：用于决定并发系统中事务的执行顺序。
其中，两个常见的调度算法是等待图算法和时间戳序列化算法。
数据库系统中的事务处理与并发控制技术
数据库系统中的事务处理与并发控制技术数据库系统中的事务处理与并发控制技术在保证数据的一致性、完整性和可靠性方面起着重要的作用。
本文将介绍事务的概念及其特性，以及并发控制技术的相关内容。
一、事务处理在数据库系统中，事务(transaction)是指一组对数据库的操作，这些操作要么全部执行，要么全部不执行。
在事务中，如果有一个操作失败，则整个事务都会被回滚到事务开始之前的状态。
事务具有以下特性：1.原子性(Atomicity)：事务的所有操作要么全部执行成功，要么全部不执行，不允许部分成功部分失败。
2.一致性(Consistency)：事务执行过程中对数据库的修改必须使数据库保持一致状态。
3.隔离性(Isolation)：并发执行的多个事务之间应互相隔离，防止事务之间的相互干扰。
4.持久性(Durability)：一旦事务提交，其结果应该持久保存在数据库中，对于系统的故障或崩溃也不能丢失。
事务处理的基本单元是SQL语句，在数据库系统中，常见的事务控制语句包括开始事务(begin transaction)、提交事务(commit)和回滚事务(rollback)。
二、并发控制技术并发(concurrency)是指多个事务同时执行的状态。
在数据库系统中，多个事务同时访问和操作数据库可能导致一些问题，如脏读、不可重复读和幻读等问题。
为了解决这些问题，需要采用并发控制技术。
1.锁(Lock)：锁是最常用的并发控制技术之一，通过对数据库的数据进行加锁，实现事务之间的隔离。
常见的锁包括共享锁(shared lock)和排他锁(exclusive lock)等。
共享锁用于读操作，多个事务可以同时获得共享锁；排他锁用于写操作，一次只能有一个事务获得排他锁。
锁的粒度可以是表级锁、页级锁或行级锁。
2.多版本并发控制(MVCC)：MVCC是一种基于时间戳的并发控制技术，它通过在每个数据项上维护多个版本，每个版本都有一个时间戳。
知识点归纳 数据库管理系统中的事务与并发控制
知识点归纳数据库管理系统中的事务与并发控制数据库管理系统中的事务与并发控制数据库管理系统（DBMS）是用于管理和组织大量数据的软件系统。
在数据库中，事务和并发控制是两个关键的概念。
事务是数据库操作的基本单元，而并发控制是确保多个事务同时执行时数据的一致性和完整性的机制。
一、事务事务是指由一系列数据库操作组成的逻辑工作单元，这些操作要么全部执行成功，要么全部不执行。
事务必须满足以下四个特性（ACID特性）：1. 原子性（Atomicity）：事务中的操作要么全部执行成功，要么全部不执行。
如果在执行事务过程中发生错误或中断，所有的操作都将被回滚，数据库系统将恢复到事务开始之前的状态。
2. 一致性（Consistency）：事务执行前后，数据库必须保持一致性。
意味着事务中的操作应该满足数据库的完整性约束，如主键约束、唯一性约束等，以及其他业务规则。
3. 隔离性（Isolation）：事务应该被隔离开来，使得一个事务的执行不会影响其他事务的执行。
并发控制机制会确保事务的隔离性，以避免数据的不一致性。
4. 持久性（Durability）：一旦事务被提交，其结果应该是永久性的，不会因为系统故障而丢失。
持久性通常通过将事务的操作写入磁盘来实现。
二、并发控制并发控制是确保多个事务同时执行时数据的一致性和完整性的机制。
当多个事务同时读取和写入数据库时，可能会出现以下问题：1. 脏读（Dirty Read）：当一个事务读取了另一个未提交事务的数据时，就发生了脏读。
如果未提交事务回滚或更新了数据，则另一个事务读取的数据可能是不正确的。
2. 不可重复读（Non-repeatable Read）：在一个事务中，多次读取同一数据，但每次读取的结果都不一样。
这是因为在读取过程中，其他事务修改了数据。
3. 幻读（Phantom Read）：在一个事务中，多次查询同一范围的数据，但每次查询的结果都不一样。
这是因为在查询过程中，其他事务插入了新的数据。
数据库事务处理与并发控制
数据库事务处理与并发控制数据库事务处理与并发控制是保证数据一致性和并发访问控制的关键技术。
在多用户环境下，数据库的并发访问会导致各种问题，如数据丢失、数据不一致等。
为了解决这些问题，数据库引入了事务和并发控制机制。
一、数据库事务处理数据库事务是一组数据库操作的逻辑单位，在事务中，要么所有的操作都成功执行，要么所有操作都不执行。
事务具有以下四个特性，即ACID特性：1. 原子性（Atomicity）：事务中的所有操作要么全部成功完成，要么全部不执行，不存在部分执行的情况。
2. 一致性（Consistency）：事务执行前后，数据库的状态应保持一致。
如果事务执行失败，数据库回滚到事务开始前的状态。
3. 隔离性（Isolation）：并发执行的事务之间应相互隔离，每个事务都感觉不到其他事务的存在。
并发执行的事务不应相互影响。
4. 持久性（Durability）：事务一旦提交，对数据库的修改应该是永久的，即使系统故障也不应该丢失。
二、数据库并发控制并发控制机制用于协调多个并发执行的事务，保证数据库的一致性。
常用的并发控制技术包括锁和多版本并发控制。
1. 锁机制锁机制是最常见的并发控制技术之一。
在并发执行的事务中，如果访问同一数据资源，会出现冲突问题。
为了防止冲突，可以采用锁来实现资源的互斥访问。
常见的锁包括共享锁（S锁）和排他锁（X锁）。
共享锁（S锁）：多个事务可以同时获得共享锁，用于读操作。
共享锁之间不互斥，但与排他锁互斥。
排他锁（X锁）：只有一个事务可以获得排他锁，用于写操作。
排他锁与任何其他锁都互斥。
2. 多版本并发控制（MVCC）多版本并发控制通过为每个事务提供独立的数据版本来实现并发控制。
每个事务可以读取其他事务未提交的数据。
在MVCC中，读操作不会阻塞写操作，写操作不会阻塞读操作，从而提高了并发性能。
三、事务隔离级别事务隔离级别定义了并发事务之间的隔离程度。
常见的隔离级别包括读未提交（Read Uncommitted）、读提交（Read Committed）、可重复读（Repeatable Read）和串行化（Serializable）。
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根据用户输入的改变事 务状态的命令以及系统 本身的状态来改变事务 块的状态.
1. 我们向PG提交的任何一 个SQL语句都被系统默 认为一个事务块.
2. 也可以用begin和end命 令来实现
执行begin命令后,系统会进入 一个事务块, 这里状态的改变是 调用函数 BeginTransactionBlock来完 成的.
事务系统的上层
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事务保存点和子事务
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(底层)事务(命令)
如图, 一条SQL命令对应的是”底层事务”
事务与事务系统
事务系统的上层
上层
在PG的事务处理层次中, 位于事 务系统上层的事务块.
底层
事务块中的SQL命令对应的是底 层事务.
事务与事务系统
事务系统的上层
PG事务系统的层次
PG将事务系统分成上层(事务块) 和底层(事务)两个层次.
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事务系统简介
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事务系统的底层
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分层的目的
1. 通过分层的设计,在处理上层业 务的时候可以屏蔽具体细节.
2. 提高了用户操作数据的灵活性, 即通过事务块来实现数据库内部 底层事务和(上层)终端命令的交 互. 通过上层的事务块,屏蔽了底层的 事务的具体细节.
事务与事务系统
(上层)事务块对应的函数
begin; end; (commit;) end; (roll back;)
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StartTransactionCommand CommitTransactionCommand AbortCurrentTransaction
上述三个函数根据事务块的状态执行不同的操作,并调用 不同的底层事务执行函数.
注意: 上述三个函数只是进入事务系统上层的入口函数,并 不处理具体事务.
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PG中”事务”的特指概 念
PG中的事务对应的是数据库理论中所提到的命令的概念, 而 非事务块.
在PG中,一个事务块中包含多条SQL命令, 即包含多个事务.
所以, 事务块的状态数量要比(底层)”事务(命令)的状态数量 多得多.
事务与事务系统
事务系统简介
事务块
begin; ... end; 组成的块叫做”事务块”. 自动提交模式下, 单条SQL命令, 即使没有begin; end; 默认也包含了隐含的begin; end;
事务4
事务块结束 标记
隐含的 begin; insert into person values('Tom', 10); 隐含的 end; (实际执行commit; 或 roll back;)
事务块开始 标记
事务1
事务块结束 标记
隐含的 事务块
事务和事务块
PG中的事务实际上指的是”事务块”, 一般数据库理论上 我们讲的事务对应的也是”事务块”的概念.
事务与事务系统
事务系统简介
begin; insert into person values('Tom', 10);
事务块开始 标记
事务1
update person set name = 'Jim' where name = 'Tom';
事务3
事务块
delete person where name = 'Jim'; end; (实际执行commit; 或 roll back;)
默认情况下,PG中人一个事务(块)
处理一条SQL语句.
事务与事务系统
事务块状态
4
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而是修改事务块的状态使之 重新开始记录用户事务块的 状态.
1
3
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2
事务块(begin, end)的设置使得一
个(用户上层理解的)事务能够处
理多条SQL语句.
每个Postgres进程中,自始至终都
在系统遇到错误时调用 在PG中, 当系统遇到错误 时,会返回到调用点并执行 该函数
事务与事务系统
事务块状态的改变
事务块状态改 变函数主要包
括:
BeginTransactionBlock EndTransactionBlock UserAbortTransactionBlock
这些函数的功能主要 是:
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2
执行完毕后,通过事务块出口函数
退出
当系统在执行中遇到错误时,会通
过事务块出错处理函数完成相关
的出错处理
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非提交模式下, 用户也可以显式的 执行begin/end/rollback命令来 改变事务块的状态
事务与事务系统
事务块基本操作函数
StartTransactio nCommand
在每条SQL语句执行前调用 在PG中, 每条SQL语句执行 前, 都需要执行该函数 它是进入事务处理模块的 入口函数 直接在总控模块中被调用
CommitTransactionC ommand
在每条语句执行后调用 在PG中, 每条SQL语句执行 后, 都需要执行该函数
AbortCurrentTr ansaction
节. 具体的执行细节在底层事务里.
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6 5 4 3 2 1 0
类别 1
图表标题
类别 2
类别 3
系列 1 系列 2 系列 3
类别 4
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只存在一个事务块.
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当用户开始一个新的事务块时,并
不进入新的事务块
事务与事务系统
事务块操作
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在PG中,任何语句的执行都是通过 事务块入口函数进入并执行的.
4
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PG针对每一个能够改变事 务块状态的命令提供了单独 的函数
1
3
事务与事务系统
事务块状态的改变
BeginTransactionBlock, EndTransactionBlock, UserAbortTransactionBlock 这三个函数都只是改变事务块状态, 并没有做 实际的事务操作.