关系数据库事务处理技术
数据库事务处理的性能优化技巧
数据库事务处理的性能优化技巧数据库事务是数据库管理系统中非常重要的部分，它可以确保数据库操作的一致性和完整性。
然而，在处理大量数据或高并发访问时，事务处理可能会成为性能瓶颈。
因此，优化数据库事务处理的性能变得至关重要。
本文将介绍一些常用的数据库事务处理性能优化技巧。
1. 批量操作批量操作是提高事务处理性能的一种常见方法。
通过将多个操作（如插入、更新或删除）组合成单个事务，可以减少事务开销和通信开销。
这可以通过使用批量插入语句、批量更新语句或批量删除语句来实现。
利用数据库提供的批量处理机制，可以减少数据库事务的开销，从而提高处理性能。
2. 合理使用索引在数据库事务处理中，索引是提高查询性能的关键。
合理地设计和使用索引可以减少数据库操作的时间复杂度和空间复杂度，从而提高事务处理性能。
确定哪些列是常用查询条件，并为这些列创建索引。
避免过多或不必要的索引，因为它们会增加插入、更新和删除操作的成本。
此外，了解和利用数据库提供的不同类型的索引，如B树索引、哈希索引和全文索引，也可以进一步提高事务处理性能。
3. 锁定粒度调整数据库锁定是保证并发事务处理一致性的重要机制，但不正确的锁定粒度会导致性能问题。
如果事务中设置了过大的锁定粒度，会导致锁等待时间过长，降低事务处理性能。
反之，如果锁定粒度过小，会导致锁冲突增多，同样会影响事务处理性能。
因此，需要仔细评估事务操作的业务需求和并发情况，合理设置锁定粒度。
对于读为主的事务，可以考虑使用行级锁。
对于写为主的事务，可以考虑使用表级锁。
通过调整锁定粒度，可以提高并发处理能力和事务处理性能。
4. 事务隔离级别调整数据库事务隔离级别是控制并发事务处理一致性的重要设置。
不同的隔离级别会影响锁冲突、数据一致性和并发事务的可见性。
根据实际业务需求，选择合适的事务隔离级别，有助于提高事务处理性能。
然而，较高的隔离级别通常伴随着较高的锁定开销，因此需要根据应用程序的实际需求进行权衡。
计算机网络中关系数据库技术的应用
在计算机网络中应用关系数据库技术， 可以提高数据存储和查询的效率，保证 数据的安全性和可靠性，为网络应用提
供了更好的支持。
技术展望
随着计算机网络技术的不断发展，关系数据库技术也 在不断进步和完善。
输标02入题
未来，关系数据库技术将更加注重数据的安全性和隐 私保护，采用更加先进的数据加密和访问控制技术， 保证数据的安全性和可靠性。
计算机网络中关系数据库技 术的应用
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目录
• 引言 • 计算机网络与数据库技术 • 关系数据库技术的基本概念 • 关系数据库技术在计算机网络
中的应用 • 关系数据库技术的未来发展 • 结论与展望
01
引言
主题介绍
计算机网络中关系数 据库技术的应用
数据库技术在计算机 网络中的发展趋势
关系数据库技术对计 算机网络的影响
投影操作
选择某些字段。
选择操作
根据条件筛选记录。
连接操作
将两个关系进行连接，得到一个新的关系。
关系完整性约束
实体完整性约束
确保表中每个记录的唯一性。
参照完整性约束
确保表之间数据的一致性。
用户定义的完整性约束
根据业务需求定义的数据完整性规则。
04
关系数据库技术在计算机网络 中的应用
分布式数据库系统
数据库复制与备份技术的比较
数据库复制和备份技术各有优缺点，需要根据实际应用场景进行选择。复制适用于提高系 统的性能和可用性，而备份适用于保护系统的可靠性和可恢复性。
数据库安全技术
数据库安全的基本概念
数据库安全是指保护数据库免受未经授权的访问、修改或破坏的能力。数据库安全是计算机系统安全的重要组成部分 ，涉及到数据的保密性、完整性、可用性和可追溯性等方面。
数据处理中的数据存储和数据管理技术比较(七)
数据处理是信息时代的核心，而数据存储和数据管理则是数据处理过程中的关键环节。
在不同的应用场景下，针对数据存储和数据管理的技术也有所差异。
本文将比较和探讨一些常见的数据存储和数据管理技术。
一、传统的数据存储和数据管理技术关系型数据库关系型数据库是一种常见的数据存储和管理技术，它使用表格的形式存储数据，并通过SQL语言进行数据的查询和操作。
关系型数据库的优点是数据结构清晰，能够保证数据的一致性和完整性，同时也具备较好的事务处理能力。
然而，关系型数据库在处理大规模数据时存在性能瓶颈，而且扩展性较差。
文件系统文件系统是另一种常见的数据存储和管理技术，它将数据以文件的形式存储在磁盘上。
文件系统的优点是易于使用和管理，同时也具备较好的存储效率。
然而，文件系统并不擅长处理结构化数据，无法提供灵活的查询和分析功能。
二、新兴的数据存储和数据管理技术NoSQL数据库NoSQL数据库是近年来兴起的一种新型数据存储和管理技术，它摒弃了传统关系型数据库的结构和查询语言，提供了更加灵活和高效的数据存储和管理方式。
NoSQL数据库分为多种类型，如文档数据库、列族数据库、键值数据库等，每种类型都针对不同的应用场景做了优化。
NoSQL数据库具有分布式存储和处理能力，能够有效应对大规模数据的挑战。
内存数据库内存数据库是将数据存储在内存中的一种新型数据存储和管理技术。
相比于传统的磁盘存储，内存数据库具有更低的访问延迟和更高的吞吐量，能够实现实时高速的数据处理。
然而，内存数据库的容量受限于内存大小，而且数据存储不具备持久性，需要通过数据备份和恢复机制来保证数据的安全性。
三、数据存储和数据管理技术的选择在选择合适的数据存储和管理技术时，需要考虑多个因素：数据模型不同的应用场景对数据的组织方式有不同的要求，例如，如果需要处理复杂的关系，关系型数据库可能是一个更好的选择；如果数据结构较简单且需要高性能，NoSQL数据库或文件系统可能更适合。
分布式事务型关系数据库管理系统技术要求
分布式事务型关系数据库管理系统技术要求分布式事务型关系数据库管理系统（DT-RDBMS）是用于处理大规模分布式数据的关键技术。
为了确保数据一致性和可靠性，这类系统需要满足以下技术要求：1. 分布式事务处理能力：DT-RDBMS需要支持分布式事务处理，确保多个数据库节点之间的事务操作可以协调一致完成。
这包括事务的并发控制、锁定机制、事务的隔离能力等。
2. 数据分布与复制管理：DT-RDBMS需要能够有效地管理数据在分布式环境下的分布和复制。
这包括数据的划分、分片策略的设计、数据冗余和副本的管理，以提高系统的可用性和容错能力。
3. 节点的容错与恢复：DT-RDBMS需要具备故障检测、故障转移、容错恢复的能力。
当节点出现故障时，系统应能够及时检测到，将受影响的事务进行适当的转移或恢复，确保系统的连续性。
4. 性能优化与负载均衡：DT-RDBMS需要具备性能优化和负载均衡的策略。
通过合理的查询优化、索引和缓存机制，提高系统的处理能力和响应速度，并确保各个数据库节点的负载均衡，避免出现瓶颈和性能下降。
5. 数据一致性和同步机制：DT-RDBMS需要确保分布式环境下数据的一致性和同步。
这包括数据的原子性、一致性、隔离性和持久性（ACID特性），以及正确处理多个节点之间的数据同步、更新和冲突解决。
6. 安全性与权限控制：DT-RDBMS需要具备强大的安全性和权限控制机制，保护数据不受非法访问和篡改。
这包括用户认证、访问控制、数据加密和审计跟踪等功能，以保证数据的安全性和机密性。
综上所述，分布式事务型关系数据库管理系统需要具备分布式事务处理能力、数据分布与复制管理、节点容错与恢复、性能优化与负载均衡、数据一致性和同步机制，以及安全性与权限控制等关键技术要求。
这些技术要求确保了系统的可靠性、性能和安全性，适用于处理大规模分布式数据的应用场景。
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。
关系型数据库的基本原理和概念
关系型数据库的基本原理和概念x《关系型数据库的基本原理和概念》一、关系型数据库的概念关系型数据库，简称 RDBMS，是根据结构化查询语言（SQL）标准来构建的、支持事务处理的关系数据库系统。
它是一种重点处理存储和维护数据的方法，以支持高性能的交互查询，事务处理能力，安全性和灵活性。
关系型数据库的概念源于E.F.Codd，他首先提出了一种可以满足复杂查询需求的抽象概念，即关系数据模型（RDM）。
RDM是Dr. Codd 于1970年发表的文章，它描述了一种使用简单的表来存储集合结构的数据模型。
RDM的基本原则有关系、可计算性、无重复项和统一操作接口（表达式）。
二、关系型数据库的基本原理关系型数据库的基本原理是以表格的形式组织和存储数据，在数据库中，表格用于存储元组，也就是一行或一条数据记录。
每个表格都具有一组唯一的名称，每个表格也有多个列（字段），每个列都有一个唯一的名称。
表之间可以通过关系（字段）连接在一起，这就是“关系”的概念，比如，一个“用户”表可以与一个“订单”表通过一个“用户ID”字段连接，以表示一个用户对应多个订单。
表格的这种组织形式非常适合查询，可以利用SQL语句通过关联多个表来组合复杂的查询结果。
此外，可以使用SQL语句以事务的方式操作数据，保证查询和更新的安全性和一致性。
三、关系型数据库的优点关系型数据库具有许多优点，可以有效地帮助组织存储、管理和检索大量数据。
1. 有效且灵活的数据存储：RDBMS可以有效地存储、管理和检索大量的数据，还可以轻松实现新数据的增加和对旧数据的更新。
2. 结构化数据模型：RDBMS使用结构化数据模型，这种模型描述了数据之间的关系，可以使用SQL语句检索和管理数据，从而简化了数据操作的复杂性。
3. 高性能的交互查询：由于数据的结构化，RDBMS支持高性能的交互查询，用户可以快速检索或筛选一组数据。
4. 强大的安全性和可靠性：RDBMS可以通过使用多种安全措施来保护数据的安全性，包括审计、授权和数据加密等；支持事务处理，可以有效保护数据的可靠性和一致性，比如支持回滚操作。
数据库中的事务处理技术
数据库中的事务处理技术随着信息时代的到来，数据库已经成为国内外企业广泛使用的管理工具。
在这种情况下，保证数据库系统的安全、稳定和一致性是非常重要的，而事务处理技术是解决这些问题的有效方法。
事务处理是指在数据库中一个或多个操作的集合，这些操作必须在一个原子性、一致性、隔离性和持久性的环境下执行，从而确保数据的安全和完整性。
在数据库中，每一个事务都是一个单位，要么全部执行，要么全部不执行。
在数据库中，每次对于数据进行更新操作时，都必须建立一个事务来执行该操作。
1. 原子性原子性是指事务中的操作是相互独立的。
如果其中的某一个操作失效，那么整个事务就会被回滚，使数据库恢复到操作前的状态。
2. 一致性一致性是指在事务开始前和事务结束后，数据库必须保持一致状态。
在事务结束时，所有修改的数据必须遵循预定义的完整性规则，包括了主键、外键、约束条件等。
3. 隔离性隔离性是指在多个并发的事务同时执行时，每个事务不会被其他事务干扰。
在事务执行时，可能会出现幻像（Phantom Read）或脏数据（Dirty Read）等情况，隔离级别是唯一解决这些问题的方法之一。
4. 持久性持久性是指当事务结束时，所有的修改必须已经保存到硬盘上，即使系统崩溃，也不会导致数据的丢失。
数据库事务处理技术通常使用日志和锁的方式来保证数据的安全和完整性。
在事务处理的过程中，系统会先将操作进行记录，然后再将结果提交到数据库中。
若操作出现错误，则可以通过回滚来进行撤销。
数据库事务处理技术主要可以分为悲观锁和乐观锁两种方式。
悲观锁主要是通过将数据加锁的方式来保证数据的安全和一致性。
在实际的开发过程中，悲观锁使用的比较多。
悲观锁的工作流程如下：（1）事务开始之前，获取数据的锁；（2）在事务结束时，释放该数据的锁；（3）如果事务在执行过程中发生错误，可以通过回滚来撤销操作。
乐观锁主要是通过对数据进行版本控制来保证数据的安全和一致性。
在乐观锁的实现中，每次执行的数据都需要有一个版本号，防止不同事务之间的数据竞争。
关系型数据库的优势与应用
关系型数据库的优势与应用关系型数据库（RDBMS）是一种基于关系模型的数据库管理系统，被广泛应用于商业和企业领域。
它具有许多优势和应用，帮助企业管理和利用大量的数据，提高业务效率和决策能力。
一、关系型数据库的优势1. 结构化数据管理：关系型数据库使用严谨的结构，数据以表格的形式组织，可以更容易地进行数据管理和查询。
每个表格表示一种特定的实体，每个实体都有自己的属性，这样的结构使得数据的存储和查询更加高效。
2. 数据一致性和完整性：关系型数据库支持事务处理，保证了数据的一致性和完整性。
使用事务的方式，可以在数据处理过程中确保数据的准确性和完整性，保持数据库的稳定性。
3. 数据安全性：关系型数据库提供了丰富的安全控制机制，包括用户认证、权限管理和数据加密等功能。
只有经过授权的用户才能访问数据库，并且可以限制用户对不同数据的访问权限，确保数据的安全性。
4. 数据的可扩展性：关系型数据库可以轻松地扩展以应对不断增长的数据量。
通过添加额外的硬件设备或使用集群结构，可以提高数据库的性能和容量，保证系统的稳定性。
5. 多用户并发：关系型数据库支持多用户并发访问，可以让多个用户同时对数据库进行读写操作，而不会造成数据的冲突。
通过锁机制和事务处理，可以确保数据的一致性，并且提高了数据库的处理效率。
二、关系型数据库的应用1. 业务管理：关系型数据库被广泛应用于企业的各个方面，包括人力资源管理、库存管理、财务管理等各种业务管理系统。
通过将数据以关系型结构存储在数据库中，企业可以更方便地处理和分析相关数据，提高业务的效益和效率。
2. 客户关系管理：关系型数据库是实现客户关系管理（CRM）的关键。
企业可以将客户的信息、需求、偏好等存储在数据库中，并进行分析和挖掘，有针对性地开展市场营销和客户服务活动。
3. 数据分析和决策支持：关系型数据库通过支持复杂的查询和分析操作，为决策者提供有价值的数据和信息。
企业可以根据数据库中的数据进行业务趋势分析、市场预测和业绩评估等工作，从而做出科学的决策。
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2020/5/18
5
事务的处理技术 • 事务处理技术用于保证事务的ACID特性
• 保证被强行终止的事务对数据库和其他事 务没有任何影响
– 数据库恢复技术
• 保证多个事务的交叉运行不影响这些事务 的原子性
– 并发控制
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本讲内容 • 事务的基本概念
• 数据库恢复技术
• 并发控制技术
• 增量转储
– 每次只转储上一次转储后被更新过的数据
– 转储和使用后备副本进行恢复时比海量转储麻 烦
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日志文件概念及格式
• 日志文件是用于记录事务对数据库的更新 操作的文件
– 不同RDBMS采用的日志文件格式不完全一样
• 日志文件的格式
– 以记录为单位的日志文件
• 事务标识、操作类型、操作对象、更新前数据的值 、更新后数据的值
• 建立冗余数据的常用技术
– 数据转储
– 登记日志文件
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数据转储
• DBA定期地将整个数据库复制到磁盘或另 一个磁盘上保存的过程称为转储
– 备用数据称为后备副本
转储
运行事务
重装后备副本
重新运行事务
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数据转储的分类
• 静态转储
– 在系统中无运行事务时进行的转储 – 只要转储开始时数据库处于一致性状态，则得
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系统故障
• 所有造成系统停止运转的事件都可称为系 统故障
• 发生系统故障
– 可能造成数据库缓冲区中内容丢失，使得运行 的事务非正常终止
– 已完成的事务部分或全部留在缓冲区，尚没有 写到物理数据库中
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介质故障 • 系统故障又称为软故障
• 介质故障被称为硬故障，比如
• 必须先写日志文件，后写数据库
– 将数据的修改写到数据库中是一个操作
– 将表示该数据修改的日志写到日志文件中又是 一个操作
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数据库恢复技术 • 故障种类 • 恢复的实现技术
• 恢复的策略
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事务故障的恢复
• 事务故障的恢复由系统自动完成，对用户 透明
• 某事务发生故障后，系统恢复步骤
– 以数据库块为单位的日志文件
• 事务标识、更新前的数据块、更新后的数据块
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日志文件的作用
• 事务故障和系统故障的恢复必须使用登记 日志
• 动态转转储储 方式中，必须使用运登行事记务日志
重装后备副本
重新运行事务
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登记日志文件的准则
• 日志的登记次序严格按并发事务执行的时 间次序
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数据库恢复技术 • 故障种类 • 恢复的实现技术
• 恢复的策略
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事务内部故障 • 事务内部故障有两大类
– 可通过事务程序发现的，ROLLBACK
– 非预期的，不能由应用程序处理
• 若未特别指明，事务故障特指这一类故障
• 事务故障意味着事务没有到达预期的终点
– 数据库可能处于不正确的状态
– 磁盘损坏、瞬时强磁场干扰等
– 破坏部分或整个数据库，影响正在存取相应数 据的事务
– 发生机率小于前两种故障，但破坏性大
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数据库恢复技术 • 故障种类 • 恢复的实现技术
• 恢复的策略
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• 数据库恢复机制的关键 – 建立冗余数据 – 利用冗余数据恢复数据库
到的后备副本一定是一致的 – 由于对事务运行的限制，可能降低数据库可用
性
• 动态转储
– 在转储期间允许对数据库进行存取或修改
– 得到的后备副本不一定是一致的
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数据转储的分类
• 海量转储
– 每次转储全部数据库 – 用得到的后备副本进行数据库恢复比较方便 – 但如果数据库大且事务处理频繁，则不实用
– BEGIN TRANSACTION开始事务
– COMMIT提交事务所有操作，事务正常结束
– ROLLBACK事务执行中遇故障，回滚到事务开 始时的状态，事务结束
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事务的特性
• 原子性（Atomicity）
– 同一事务内的操作不可分割
• 一致性（Consistency）
– 事务执行的结果必须是使数据库从一个一致性 状态变到另一个一致性状态
– 1. 反向扫描日志文件，查找该事务的更新操作 – 2. 对该事务的更新操作执行逆操作 – 3. 继续反向扫描日志，查找该事务的其他更新
操作，返2 – 4. 直到反向扫描到事务的开始标记
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系统故障的恢复
• 系统故障恢复由系统自动完成，不需用户 干预
• 系统故障的恢复步骤
– 1. 正向扫描日志文件，找出在故障发生前已提 交的事务，将其事务标识记入重做队列；找出 故障发生时尚未完成的事务，将其事务标识记 入撤消队列
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23
本讲内容 • 事务的基本概念
• 数据库恢复技术
• 并发控制技术
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• 并发操作及其引发的问题
• 并发控制的实现
– 封锁
并发操作的必要性
• 事务一个一个串行执行，可避免同时运行 多个事务所引发的冲突
T1
• 但无法充分利用系统资源
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本讲内容 • 事务的基本概念
• 数据库恢复技术 有所了解即可
• 并发控制技术
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2
什么是事务
• 事务是用户定义的一个数据库操作序列
– 该序列内的操作是不可分割的 – 在RDBMS中，一个事务可由一条、多条SQL
语句组成
• 在RDBMS中，用于事务的标准SQL语句有
• 隔离性（Isolation）
– 一个事务的执行不能被其他事务干扰
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事务的特性
• 持续性（Durability）
– 某一事务一旦提交，其对数据库中数据的改变 就是永久性的
– 发生于该事务提交后的其他操作或故障，均不 影响该事务的执行结果
• 事务的四个特征
– Atomicity、Consistency、Isolation、Durability – ACID特性
– 2. 对撤消队列中的各个事务进行撤消处理 – 3. 对重做队列中的各个事务进行重做处理
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介质故障的恢复
• 最严重的故障，磁盘上的物理数据和日志文件 被破坏
• 介质故障的恢复步骤
– 1. 装入最新的数据库后备副本，使数据库恢复到 最近一次转储时的一致性状态
– 2. 装入相应的日志文件副本，重做已完成的事务