第83章数据库保护技术并发
数据库的并发控制技术
数据库的并发控制技术数据库是现代信息系统中最关键的数据存储和管理工具之一。
在数据库系统中，同时可能存在多个用户并发地执行事务。
并发是提高数据库系统性能和资源利用率的重要手段，但也会带来数据一致性和并发竞争的问题。
为了解决这些问题，数据库必须采用适当的并发控制技术。
并发控制技术是数据库系统中保证多个并发事务正确执行的机制。
其目标是确保数据库的一致性、完整性和隔离性，同时提高并发事务处理效率。
常见的并发控制技术包括锁定、时间戳和多版本并发控制。
第一种常见的并发控制技术是锁定机制。
锁定在数据库系统中起到保护数据完整性和隔离事务的作用。
当一个事务需要修改或者读取某个数据时，它必须先获得一个锁。
可以使用两种类型的锁：共享锁和排他锁。
共享锁（S锁）允许其他事务读取数据，但不允许修改；排他锁（X锁）则不允许其他事务读取或修改数据。
通过给数据对象加锁，可以避免多个事务对同一数据的冲突修改。
第二种常见的并发控制技术是时间戳。
时间戳是指给每个事务分配一个唯一的时间戳，并使用这个时间戳作为判断读取和修改操作是否可以并发执行的依据。
每个事务执行读取操作时，检查其他事务是否已经修改了它所需要读取的数据。
如果有冲突，可以根据时间戳的先后顺序决定是否执行。
时间戳可以避免死锁和冲突问题，提高并发处理效率。
第三种常见的并发控制技术是多版本并发控制（MVCC）。
多版本并发控制通过维护不同版本的数据来避免读取和写入操作的冲突。
每个事务读取的数据都是当前版本的数据快照，而写操作会创建一个新的版本。
其他事务仍然可以读取旧版本的数据，并且不会受到正在进行的写操作的影响。
多版本并发控制提供了更好的并发性和隔离性，并减少了锁定的粒度和冲突的可能性。
除了以上常见的并发控制技术，还有其他一些特殊的技术。
例如，乐观并发控制（OCC）假设冲突很少发生，并在事务提交时检查冲突。
如果没有冲突，则事务提交成功，否则会进行回滚。
快照隔离级别（Snapshot Isolation）允许事务读取一致性的快照数据，而不会被其他并发事务的修改所影响。
数据库并发控制技术
数据库并发控制技术数据库并发控制技术是在多个用户同时访问数据库的场景下，保证数据的一致性和完整性的重要手段。
本文将介绍几种常见的数据库并发控制技术，包括事务、锁和多版本并发控制。
一、事务事务是数据库并发控制的基本单位。
事务是由一系列数据库操作组成的逻辑单位，满足ACID原则（即原子性、一致性、隔离性和持久性）。
事务通过将多个数据库操作封装在一个逻辑单元中，保证这些操作要么全部执行成功，要么全部回滚失败，从而确保数据库的一致性。
例如，一个银行转账操作可以表示为一个事务，包括从一个账户扣除一定金额和将相同金额加到另一个账户。
如果其中一个操作失败，整个事务将回滚，保证账户的余额一致。
二、锁锁是一种常见的并发控制技术，用于解决多个事务同时操作数据库时可能引发的数据冲突问题。
锁可以分为共享锁和排他锁。
共享锁允许多个事务同时读取同一数据项，但不允许对数据项进行更新操作。
排他锁则是互斥的，一旦某个事务锁定了数据项，其他事务无法读取或更新该数据项，直到锁被释放。
通过合理地使用锁，可以保证数据操作的完整性和一致性。
数据库管理系统通常会根据事务的隔离级别来确定使用的锁的类型和粒度。
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），隔离级别越高，对数据库性能的影响越大，但并发一致性也更好。
三、多版本并发控制多版本并发控制（MVCC）是一种高效的并发控制技术，通过在数据库中存储多个版本的数据，实现多个事务同时读取数据而不会产生冲突。
MVCC的原理是将每个事务看作是数据库的一个特定版本，每个版本都有一个唯一的时间戳。
当一个事务对数据进行修改时，会创建一个新的版本，并将该版本的时间戳设置为当前时间。
其他事务在读取数据时，可以根据自己的时间戳选择合适的数据版本进行读取，从而实现并发控制。
MVCC避免了传统锁机制可能带来的死锁和长时间等待问题，提高了数据库的并发性能。
数据库技术中的并发控制与事务处理
数据库技术中的并发控制与事务处理引言：数据库技术在现代社会中起着非常重要的作用，无论是企业的数据管理、网上购物还是手机应用程序的数据处理，都离不开数据库的支持。
然而，在多用户环境下，数据库的并发控制与事务处理成为了一项至关重要的技术。
本文将从并发控制和事务处理这两个方面入手，探讨数据库技术中的重要问题。
一、并发控制在多用户环境中，不同用户并发访问同一份数据可能会引发各种问题，如数据丢失、不一致性等。
为了解决这些问题，数据库中引入了并发控制技术。
并发控制的目标是保证事务的隔离性和原子性，同时尽可能提高系统的并发性能。
1. 并发控制方法数据库中常见的并发控制方法有锁定机制和多版本并发控制（MVCC）。
锁定机制采用锁来保护共享资源，通过在事务中对数据对象加锁来控制并发访问。
常见的锁包括共享锁和排他锁。
共享锁用于读操作，可以允许多个事务同时读，而排他锁用于写操作，只允许一个事务进行写操作。
锁定机制可以确保事务的隔离性和原子性，但可能引发死锁和阻塞等问题。
MVCC基于版本号对数据进行不同版本的管理，每个事务都能看到其启动时间之前的数据版本。
这种方式可以提高并发性能，减少锁的冲突，但需要占用更多的存储空间。
2. 并发控制策略并发控制策略是指如何选择适合的并发控制方法来满足不同的应用需求。
针对读多写少的应用场景，可以采用乐观并发控制策略，如MVCC。
它充分利用了读操作之间的冲突较少的特点，提高了并发性能。
对于写多读少的应用场景，可以选择悲观并发控制策略，如锁定机制。
它对写操作加锁，保证数据的一致性和隔离性。
二、事务处理事务是数据库中的一个基本单位，指的是一组数据库操作，这些操作要么全部执行成功，要么全部不执行。
1. ACID属性事务具有四个关键属性，即原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）。
原子性要求事务中的所有操作要么全部执行成功，要么全部不执行。
数据库事务管理中的并发控制技术
数据库事务管理中的并发控制技术数据库作为一个关键的数据存储和管理系统，需要支持多个用户同时对数据进行操作。
然而，并发操作可能导致各种数据不一致性的问题，因此数据库管理系统需要使用并发控制技术来保证数据的一致性和可靠性。
本文将介绍数据库事务管理中的并发控制技术。
一、并发控制的概念和背景并发操作是指多个用户同时访问数据库并执行相应的操作。
在并发操作中，可能会出现各种问题，例如丢失更新、不可重复读和幻读等。
为了解决这些问题，数据库管理系统采用了并发控制技术，通过合理地管理并发操作，保证数据的一致性和可靠性。
并发控制的目标是保证事务的隔离性和一致性。
事务的隔离性要求每个事务在执行期间看不到其他事务对数据库所做的改变，事务之间应该相互独立。
事务的一致性要求事务的执行不破坏数据库的完整性和约束。
二、锁定机制锁定机制是一种广泛使用的并发控制技术，它通过为数据库中的数据对象设置锁定状态来控制并发访问。
锁定机制通常分为两种类型：共享锁和排他锁。
共享锁允许多个事务同时读取一个数据对象，而排他锁只允许一个事务对数据对象进行读取或修改。
当一个事务开始时，它可以请求获取共享锁或排它锁。
如果事务需要读取数据对象，则可以请求获取共享锁；如果事务需要修改数据对象，则必须请求获取排它锁。
如果一个事务请求的锁与当前已有的锁没有冲突，那么它将立即获取到锁；如果有冲突，则事务必须等待，直到其他事务释放锁。
锁定机制可以保证并发事务的隔离性和一致性，但它也可能导致问题，如死锁和锁竞争。
死锁是指多个事务互相等待彼此持有的资源，导致所有事务都无法继续执行。
锁竞争是指多个事务争夺同一个资源，导致性能下降和系统响应时间变慢。
为了避免死锁和锁竞争，数据库管理系统通常使用锁定维护和死锁检测机制。
锁定维护机制用于跟踪已经被请求或分配的锁的状态，以避免死锁的发生。
死锁检测机制用于周期性地检查系统中是否出现死锁，如果发现死锁，系统会自动中断其中一个或多个事务，以解除死锁。
数据库并发控制与锁定机制
数据库并发控制与锁定机制随着大数据时代的到来，数据库管理系统（DBMS）的并发控制和锁定机制变得越来越重要。
在多用户环境下，同时访问和修改数据库的需求增加了系统中的并发操作。
在这种情况下，数据库系统必须确保数据的一致性，避免数据的丢失、破坏或不一致性。
因此，并发控制和锁定机制成为了数据库系统中的关键技术。
并发控制是指多个并发事务同时访问数据库时保证数据一致性的机制。
而锁定机制则是实现并发控制的手段之一。
在并发环境下，多个事务可能同时访问或修改同一数据项。
如果没有恰当的并发控制机制，就可能导致各种问题，如脏读、不可重复读、幻读等，进而破坏数据的一致性和完整性。
并发控制的主要目标是同时保证数据的完整性和系统的性能。
常用的并发控制技术有乐观并发控制（Optimistic Concurrency Control）和悲观并发控制（Pessimistic Concurrency Control）。
乐观并发控制是一种基于版本的并发控制方法，它允许多个操作同时进行，直到冲突发生时才进行检测和处理。
其中最常见的技术是多版本并发控制（MVCC）。
MVCC通过为每个事务分配一个时间戳，并为每个数据库项保留多个副本来实现数据的并发。
每个操作根据自己的时间戳决定访问数据库的版本，并根据冲突检测和处理机制来决定是否重试或回滚。
乐观并发控制在读多写少的场景下具有良好的性能，但当写操作频繁时，可能导致较高的冲突率，需进行较多的回滚重试。
悲观并发控制是一种基于锁定的并发控制方法，它假设冲突总是会发生，因此在操作数据之前就获得相应的锁定。
最常见的悲观并发控制方法是两阶段锁定协议（Two-Phase Locking）。
在这个协议中，每个事务都需要经历两个阶段，即加锁阶段和解锁阶段。
在加锁阶段，对数据进行写操作时会获得写锁，对数据进行读操作时会获得读锁。
如果一个事务需要获取某个数据项的锁而被阻塞，那么它会等待直到锁可用。
在解锁阶段，事务会释放它所持有的锁。
数据库并发控制技术及实现
数据库并发控制技术及实现在当今信息技术快速发展的时代，数据库管理系统(DBMS)被广泛应用于各种领域，如商业、教育和科学研究。
随着数据量不断增长和用户访问数据库的增加，数据库的并发控制变得越来越重要。
数据库并发控制技术是保证数据一致性和完整性的关键，而且能够提高数据库的性能和可用性。
并发控制是指多个用户同时访问数据库时保证数据一致性的技术。
在多用户环境下，如果多个事务同时读取或修改数据库中的数据，就可能会发生并发访问引发的数据不一致问题。
例如，当两个事务同时修改同一个数据时，可能会产生数据冲突的情况。
因此，数据库系统必须引入一些技术来控制并发访问，以确保数据的正确性和一致性。
一种常见的并发控制技术是锁机制。
锁机制确保同一时间只有一个事务可以访问某个数据项，以避免并发访问产生的冲突。
锁可以分为共享锁（读锁）和排他锁（写锁）。
共享锁可以允许多个事务同时读取同一个数据项，但不能进行写操作。
而排他锁则只允许一次性读取或写入操作。
在实现锁机制时，数据库管理系统需要考虑以下几个因素：首先是死锁问题。
死锁是指两个或多个事务等待对方所持有的资源而无法继续执行的情况。
为了避免死锁，可以采用检测和解除死锁的方法，如死锁检测算法和死锁处理算法。
其次是锁的粒度问题。
锁的粒度决定了锁定的范围，粒度越大，锁的开销就越大，但并发度也越低。
粒度越小，锁的控制开销就越小，但发生冲突的可能性也越高。
选择合适的锁粒度有助于提高数据库的并发性能。
还需要考虑事务隔离级别问题。
事务隔离级别定义了一个事务对其他事务的可见性，包括未提交读、已提交读、可重复读和串行化。
采用不同的隔离级别可以平衡数据的一致性和性能之间的关系。
此外，数据库系统还可以使用多版本并发控制（MVCC）技术来实现并发控制。
MVCC是一种实现高并发的技术，它不仅保证数据的一致性，还减少了锁的使用。
MVCC通过为每个事务创建一个版本来实现并发控制，每个版本都保留了事务开始时的数据库快照。
数据库事务处理中的并发控制技术
数据库事务处理中的并发控制技术在数据库系统中，事务是一组需要作为一个原子单元进行执行的操作，要么全部执行成功，要么全部失败回滚。
并发控制是保证多个事务并发执行时，数据的一致性和完整性的技术。
在多用户环境下，数据库并发操作是一项关键技术，因此数据库事务处理中的并发控制技术至关重要。
一、并发控制概述当多个事务同时访问数据库并对数据库进行读写操作时，可能会出现各种问题，如丢失更新、脏读、不可重复读、幻影读等。
为了解决这些问题，需要采取适当的并发控制机制。
并发控制的目标是提高系统的性能、保证数据的一致性、避免冲突和死锁等问题的发生。
二、锁定技术锁定技术是最常见也是最基本的并发控制技术，通过锁定数据项或资源，限制并发事务的访问和操作。
在事务执行期间，所涉及的数据项被加上锁并且在事务结束时才释放锁，从而确保每个事务的操作是原子性的。
常见的锁定技术包括：1. 共享锁（Shared Lock）：多个事务可以同时获取相同的共享锁，用于读操作。
共享锁之间不互斥，可以并发访问。
2. 排他锁（Exclusive Lock）：排他锁会阻塞其他事务对于资源的访问，只允许一个事务独占该资源，用于写操作。
3. 间隙锁（Gap Lock）：间隙锁用于锁住一个范围内的间隔，阻止其他事务插入该范围的记录。
防止幻影读问题的发生。
锁定技术的优点是简单易懂，但是并发性能较差，并且容易导致死锁等问题的发生。
三、多版本并发控制（MVCC）多版本并发控制（MVCC）是一种相对于传统锁定技术的的并发控制技术。
它允许不同的事务同时读取和操作数据库的不同版本，从而避免了锁的竞争和冲突。
在MVCC中，每个事务在执行时都能看到一个一致性的快照，这个快照代表了它在事务开始时的数据库状态。
当事务开始时，数据库将为每个事务生成一个唯一的时间戳，并与数据库的每个数据项关联。
当有一个事务想要读取或写入一个数据项时，系统将检查该事务的时间戳，以确定是否可以读取或修改数据项。
数据库的并发控制技术及其实现
数据库的并发控制技术及其实现在当今信息时代，数据库是一个重要的数据存储和管理系统。
随着互联网的快速发展，数据库的并发使用已成为常态。
然而，并发使用在数据库操作中容易引发一系列的问题，例如数据不一致、死锁等。
为了解决这些问题，数据库引入了并发控制技术。
本文将探讨数据库的并发控制技术及其实现方式。
首先，我们需要了解何为并发控制。
并发控制是一种方法，旨在确保多个用户或进程同时访问数据库时，保持数据的一致性和正确性。
并发控制的主要目标是防止并发操作导致的数据异常或错误。
在实际应用中，数据库并发控制通常由以下两个主要技术实现：锁技术和多版本并发控制（MVCC）技术。
锁技术是最常见的并发控制技术之一。
它通过加锁来限制对数据项的访问，防止多个事务同时对同一个数据项进行修改。
锁技术注重保证数据的一致性，并且可以实现严格的隔离级别。
常见的锁技术主要有共享锁（读锁）和排他锁（写锁）。
共享锁允许多个事务同时读取同一数据项，但不允许写操作。
排他锁则只允许一个事务对数据项进行读写操作，其他事务无法同时读取或写入该项。
这种机制有效地避免了数据的冲突和不一致性。
然而，锁技术也存在一些问题，例如死锁问题。
当多个事务同时等待对方释放锁资源时，就会发生死锁，导致系统停滞。
为了克服锁技术存在的问题，多版本并发控制（MVCC）技术被提出。
MVCC技术每个事务都有一个可见性的时间戳，用于确定其读取的数据版本。
当多个事务同时读取同一数据项时，MVCC技术会根据事务的时间戳选择适当的数据版本。
当事务更新数据时，MVCC技术会创建一个新的数据版本，并且保留旧的数据版本供其他事务读取。
这种方式在一定程度上提高了系统的并发性能，减少了锁冲突和死锁的发生。
除了锁技术和MVCC技术，数据库还采用了一些其他的并发控制策略。
例如，乐观并发控制（OCC）策略通过检测冲突来控制并发访问。
当事务提交时，数据库会检测它是否与其他事务发生冲突，并且如果没有发生冲突，则提交事务。
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问题的产生
❖ 多用户数据库系统的存在 允许多个用户同时使用的数据库系统
飞机定票数据库系统 银行数据库系统 特点：在同一时刻并发运行的事务数可达数百个
第83章数据库保护技术并发
问题的产生（续）
❖ 不同的多事务执行方式
(1)事务串行执行
T1
▪ 每个时刻只有一个事务运行，其他事务
8.3.1 事务及并发控制的基本概念 8.3.2 封锁及封锁协议 8.3.3 封锁出现的问题及解决方法 8.3.4 SQLServer的并发控制（了解，不考核）
第83章数据库保护技术并发
8.3.1 事务及并发控制的基本概念
❖ 1、事务的概念和特征 ❖ 2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题
第83章数据库保护技术并发
T1的修改被T2覆盖了！
❖ 这种情况称为数据库的不一致性，是由并发操作引起的。（隔离性）
第83章数据库保护技术并发
2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题
❖ 并发操作时，甲、乙两个事务的操作序列的调度是随机的。 ❖ 并发操作带来的数据不一致性，主要包括：
▪ 丢失修改（Lost Update） ▪ 不可重复读（Non-repeatable Read） ▪ 读“脏”数据（Dirty Read）
[例]飞机订票系统中的一个活动序列 ① 甲售票点(甲事务)读出某航班的机票余额A，设A=20； ② 乙售票点(乙事务)读出同一航班的机票余额A，也为20； ③ 甲售票点卖出一张机票，修改余额A←A-1，所以A为19，把A写 回数据库； ④ 乙售票点也卖出一张机票，修改余额A←A-1，所以A为19，把A 写回数据库 结果明明卖出两张机票，数据库中机票余额只减少1
1、事务的概念和特征
❖ 定义方式：
❖ BEGIN TRຫໍສະໝຸດ NSACTIONSQL 语句1 SQL 语句2 。。。。。 COMMIT
提交
BEGIN TRANSACTION SQL 语句1 SQL 语句2 。。。。。
ROLLBACK
回滚
第83章数据库保护技术并发
1、事务的概念和特征（续）
❖2. 事务的ACID特性：
问题的产生（续）
❖ 事务并发执行带来的问题
▪ 会产生多个事务同时存取同一数据的情况 ▪ 可能会存取和存储不正确的数据，破坏事务一致性
和数据库的一致性
❖ 数据库的并发控制：
▪ 控制数据库，防止多用户并发使用数据库时造成数据 错误和程序运行错误，保证数据的完整性。
第83章数据库保护技术并发
8.3 数据库并发控制及SQL Server并发控制
▪ 原子性（Atomicity） ▪ 一致性（Consistency） ▪ 隔离性（Isolation） ▪ 持续性（Durability ）
❖ 事务处理的主要任务:保证事务的ACID特性
第83章数据库保护技术并发
1、事务的概念和特征（续）
❖ 3、事务特性遭破坏的原因
▪ 1）多个事务并行运行时，不同事务的交叉执行（隔离性） ▪ 2）事务在运行过程中被强制终止（原子性、一致性）
必须等到这个事务结束以后方能运行
T2
▪ 不能充分利用系统资源，发挥数据库共 享资源的特点
T3 事务的串行执行方式
第83章数据库保护技术并发
问题的产生（续）
(2)交叉并发方式（Interleaved Concurrency） ▪ 在单处理机系统中，事务的并行执行是这些并行事务 的并行操作轮流交叉运行 ▪ 单处理机系统中的并行事务并没有真正地并行运行， 但能够减少处理机的空闲时间，提高系统的效率
当事务T1再次读该数据时，得到与前一次不同的 值
第83章数据库保护技术并发
不可重复读（续）
例如：
T1 ① R(A)=50
R(B)=100 求和=150 ②
③ R(A)=50 R(B)=200 和=250 (验算不对)
T2
R(B)=100 B←B*2 (B)=200
第83章数据库保护技术并发
1. 丢失修改
❖ 两个 事 务 T1和 T2读 入同 一 数 据并 修 改 ，T2 的提 交 结果破坏了T1提交的结果，导致T1的修改被丢失。
❖ 上面飞机订票例子就属此类
第83章数据库保护技术并发
丢失修改（续）
T1
① R(A)=16
②
T2 R(A)=16
③ A←A-1 W(A)=15W
1、事务的概念和特征
❖1. 事务的概念
▪ 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。
▪ 一个程序中可以包含多个事务 ▪ 在SQL语言中，定义事务的语句有三条：
• BEGIN TRANSACTION； • COMMIT； • ROLLBACK；
第83章数据库保护技术并发
数据库系统概论
An Introduction to Database System
第八章 数据库保护技术
第83章数据库保护技术并发
第四章 数据库安全性
8.1 数据库的安全性及SQL Server的安全管理 8.2 数据库完整性及SQL Server的完整性控制 8.3 数据库并发控制及SQL Server并发控制 8.4 数据库恢复技术与SQL Server数据恢复机制
④
A←A-1 W(A)=15
丢失修改
第83章数据库保护技术并发
2. 不可重复读
❖ 不可重复读是指：事务T1读取数据后，事务T2 执行更新操作，使T1无法再现前一次读取结果。
第83章数据库保护技术并发
不可重复读（续）
❖ 不可重复读包括三种情况： (1)事务T1读取某一数据后，事务T2对其做了修改，
❖ 并发控制任务
▪ 保证事务的隔离性，确保数据库的一致性。
❖ 数据库恢复任务
▪ 保证事务的原子性、一致性。
第83章数据库保护技术并发
8.3.1 事务及并发控制的基本概念
❖ 1、事务的概念和特征 ❖ 2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题
第83章数据库保护技术并发
2、事务并发操作可能产生的数据不一致的问题
第83章数据库保护技术并发
问题的产生（续）
事务的交叉并发执行方式
第83章数据库保护技术并发
问题的产生（续）
(3)同时并发方式（simultaneous concurrency）
▪ 多处理机系统中，每个处理机可以运行一个事务， 多个处理机可以同时运行多个事务，实现多个事务 真正的并行运行
第83章数据库保护技术并发