数据库的并发控制机制
数据库事务隔离级别与并发控制详解
数据库事务隔离级别与并发控制详解随着数据库的广泛应用，对于数据库事务隔离级别和并发控制的需求也越来越高。
为了保证数据库的数据一致性和可靠性，数据库系统采用了事务隔离级别和并发控制机制。
本文将详细介绍数据库事务隔离级别和并发控制的概念和原理，以及不同隔离级别的特点和应用场景。
首先，我们来了解什么是事务隔离级别。
事务隔离级别指的是多个事务同时运行时彼此之间的影响程度，它提供了一种机制来控制事务的隔离程度，以确保事务在并发环境下执行的可靠性。
数据库管理系统定义了四个标准的事务隔离级别，分别为读未提交（Read Uncommitted）、读已提交（Read Committed）、可重复读（Repeatable Read）和串行化（Serializable）。
读未提交是最低级别的隔离级别，它允许一个事务读取到另一个事务尚未提交的数据。
这个隔离级别最容易导致脏读（Dirty Read）问题，即一个事务读取到了由另一个未提交事务所修改的数据。
读已提交是数据库系统的默认隔离级别，它保证一个事务读取到的数据是已经提交的数据，解决了脏读的问题。
但是读已提交隔离级别可能导致不可重复读（Non-repeatable Read）的问题，即一个事务多次读取同一数据时，得到的结果不一致。
为了解决不可重复读的问题，可重复读隔离级别引入了额外的机制。
在该隔离级别下，一个事务多次读取同一数据时，会得到一致的结果，即使其他事务修改了该数据。
可重复读隔离级别解决了不可重复读的问题，但依然可能导致幻读（Phantom Read）的问题。
幻读指的是在一个事务中的两次查询过程中的数据行的数量发生了不一致的情况。
最高级别的事务隔离级别是串行化，该级别通过对事务进行加锁的方式来实现隔离。
串行化隔离级别确保所有事务按照顺序依次执行，避免了脏读、不可重复读和幻读的问题。
但是串行化的隔离级别会导致系统的并发性能大幅下降，因此在实际应用中很少使用。
除了事务隔离级别，数据库还需要采取并发控制的措施来保证事务的并发执行安全可靠。
数据库并发控制例题
数据库并发控制例题摘要：一、数据库并发控制概述1.并发控制的目的2.并发控制的手段二、数据库并发控制的原理1.封锁技术2.时间序列控制3.乐观控制三、数据库并发控制的例题解析1.封锁技术例题2.时间序列控制例题3.乐观控制例题四、例题总结与展望正文：一、数据库并发控制概述在数据库系统中，为了提高系统的并发性能和事务处理能力，需要对多个事务同时访问共享数据进行控制，这就是数据库并发控制。
并发控制的主要目的是保证数据的一致性和完整性，防止数据冲突和脏读等现象。
实现并发控制的手段主要有封锁技术、时间序列控制和乐观控制等。
二、数据库并发控制的原理1.封锁技术：封锁技术是一种广泛应用于数据库并发控制的方法，通过对数据对象加锁来防止多个事务同时对同一数据进行修改，从而保证数据的一致性。
2.时间序列控制：时间序列控制是根据事务执行的时间顺序来控制并发访问。
该方法通过为事务分配优先级，按照优先级顺序执行事务，从而避免冲突。
3.乐观控制：乐观控制是一种基于事务提交前对数据所做的修改进行检测的方法。
事务在执行修改操作时，不加锁，而是在提交时检测是否与其他事务产生冲突，若检测到冲突，则回滚事务并重新执行。
三、数据库并发控制的例题解析1.封锁技术例题：假设一个数据库系统中有两个事务T1 和T2，T1 正在对数据A 进行修改，此时T2 也要对数据A 进行修改。
通过封锁技术，可以为数据A 加锁，使得T2 在T1 完成修改前无法对数据A 进行修改，从而避免冲突。
2.时间序列控制例题：假设一个数据库系统中有三个事务T1、T2 和T3，它们的优先级顺序为T1 > T2 > T3。
通过时间序列控制，可以按照优先级顺序执行事务，首先执行T1，然后执行T2，最后执行T3。
这样可以避免优先级较低的事务与优先级较高的事务产生冲突。
3.乐观控制例题：假设一个数据库系统中有两个事务T1 和T2，T1 正在对数据A 进行修改，此时T2 也要对数据A 进行修改。
简述数据库的并发控制概念以及并发控制的主要方法
简述数据库的并发控制概念以及并发控制的主要方法数据库的并发控制是指在多个用户同时访问数据库的情况下，确保数据的一致性和完整性。
并发控制的主要目标是在保证数据库事务的正确执行的同时，提高数据库系统的并发性能。
并发控制的概念：并发控制是指对同一资源的访问是受到一定的控制，以确保数据库的一致性和完整性。
在数据库系统中，多个用户可以同时执行事务，而这些事务可能会对数据库中的数据进行读取和修改操作。
并发控制机制必须保证多个事务对数据库的并发执行不会导致数据的不一致性和冲突。
并发控制的主要方法：1.锁定机制：锁定是指在事务执行期间，对被访问的数据进行加锁，以防止其他事务对该数据进行修改。
锁定机制可以分为共享锁（用于读操作）和排他锁（用于写操作）。
当事务需要对一些数据项进行读取或修改时，需要先获取相应的锁。
如果资源已经被其他事务锁定，则当前事务需要等待资源释放后才能继续执行。
2.时间戳机制：时间戳是给每个事务分配的一个唯一的标识，用来标记事务的开始时间或提交时间。
事务执行期间，每个事务所访问的数据都会被标记上时间戳，以记录事务对数据的读取和修改操作。
在并发执行时，系统可以根据时间戳的顺序来判断事务的串行执行顺序，从而避免冲突和不一致性。
3.多版本并发控制（MVCC）：MVCC是在每个数据项上维护多个版本的数据，每个事务执行时，可以根据事务的时间戳或版本号来读取对应的数据版本。
MVCC对读取操作不加锁，只对写操作加锁，从而提高了并发性能。
当一个事务需要修改一些数据时，会生成新的数据版本，并将新版本的指针指向旧版本，这样其他事务可以继续读取旧版本的数据，不会被阻塞。
4.乐观并发控制：乐观并发控制假设在事务提交时不会发生冲突，因此不对数据进行加锁。
当事务提交时，系统会检查该事务对数据修改时是否发生冲突。
如果没有冲突，该事务的修改操作会被接受，否则会被回滚，重新执行。
除了以上主要的并发控制方法，还有一些辅助的并发控制技术，如死锁检测和恢复、并发控制粒度的调整、多级锁技术等。
数据库锁与并发控制的调优方法与案例分享
数据库锁与并发控制的调优方法与案例分享随着互联网的不断发展和数据量的急剧增长，数据库在大型应用系统中起到了非常重要的作用。
然而，数据库的并发问题一直以来都是困扰开发人员和数据库管理员的难题。
在高并发环境下，数据库锁与并发控制的调优成为提升系统性能和稳定性的关键。
本文将介绍数据库锁与并发控制的基本概念，探讨一些常见的调优方法，并结合实际案例分享经验与技巧。
一、数据库锁与并发控制的基本概念在多用户环境中，当多个用户同时访问同一数据时，就会产生并发问题。
数据库锁与并发控制的主要目的是确保数据的一致性和完整性，以防止数据不一致和错误的更新。
下面是一些基本的数据库锁与并发控制的概念：1. 锁（Lock）：在数据库中，锁是用来协调并发访问的一种机制。
它可以保护共享资源的完整性，防止读写冲突。
常见的锁包括共享锁和排他锁。
2. 共享锁（Shared Lock）：共享锁又称为读锁，它允许多个用户同时读取一个共享资源，但不允许任何用户对该资源进行修改。
3. 排他锁（Exclusive Lock）：排他锁又称为写锁，它只允许一个用户对资源进行排他性访问，其他用户无法同时读取或修改该资源。
4. 事务（Transaction）：事务是由一个或多个数据库操作语句组成的逻辑工作单元。
它要么全部执行成功，要么全部失败，具有ACID特性（原子性、一致性、隔离性和持久性）。
5. 并发控制（Concurrency Control）：并发控制是通过锁来实现数据一致性的机制。
它可以保证每次事务的执行都是基于一致性的数据，并避免并发事务之间的互相干扰。
二、数据库锁与并发控制的调优方法优化数据库锁与并发控制是提高系统性能和稳定性的关键步骤。
下面将介绍一些常见的调优方法：1. 合理设计数据库表结构：对于高并发环境下的数据库，合理的设计表结构是非常重要的。
可以通过合理划分表空间、选择合适的数据类型和长度，避免过度设计和冗余数据。
2. 正确选择锁的粒度：锁的粒度会影响数据库的并发性能。
数据库并发控制的主要方法
数据库并发控制的主要方法
数据库并发控制的主要方法包括以下几种:
1. 锁：数据库可以使用锁来避免多个事务同时访问同一数据。
当一个事务正在修改某个数据时，其他事务必须等待锁释放后才能访问该数据。
这种方式的优点是简单易用，但缺点是会延迟事务的执行。
2. 乐观锁：乐观锁是一种并发控制机制，它通过记录版本号来实现对数据的锁定。
当一个事务修改数据时，它将版本号设置为当前值，其他事务需要先查询数据的版本号，如果发现版本号不一致，则该事务将被阻塞，直到乐观锁被释放。
这种方式的优点是命中概率高，但需要额外维护版本号。
3. 序列化：序列化是一种高级的并发控制机制，它通过将所有事务的执行顺序执行同一个操作来实现高并发的控制。
当一个事务开始执行时，它需要等待其他所有事务都完成并释放锁，然后才能执行自己的操作。
这种方式的优点是可以保证数据的一致性，但需要更高的网络延迟和更高的开销。
4. 并发调度：数据库可以通过调整并发调度的策略来实现并发控制。
例如，数据库可以在多个事务同时执行时，优先处理较新的事务，以避免多个事务同时执行导致的数据不一致。
这种方式的优点是可以提高并发性能，但需要更高的编程技巧和经验。
在实际应用中，不同的方法需要根据具体情况进行选择。
例如，当并发量较低时，可以使用锁来控制并发，但当并发量较高时，序列化和并发调度可能更加有效。
此外，需要尽量避免使用单一的并发控制机制，以避免产生死锁等问题。
并发控制的主要方法是
并发控制的主要方法是并发控制是指多个用户同时对数据库进行操作时的一种机制，它的目的是保证数据库在并发操作过程中能够保持数据的一致性、完整性和正确性。
在并发控制中，有一些主要的方法和技术被广泛应用于数据库系统。
1. 锁定机制锁定机制是最常见和基本的并发控制方法之一，它通过在并发操作过程中对数据资源加锁来保证数据的一致性和正确性。
在数据库中，可以使用不同级别的锁（如共享锁和排他锁）对数据进行加锁，以控制并发操作对数据的访问。
锁定机制可以有效地避免数据的丢失和不一致，但也可能引起死锁和性能问题。
2. 事务处理事务处理是一种常用的并发控制方法，它将多个数据库操作组合成一个逻辑单元，要么全部执行成功，要么全部回滚，以确保数据的一致性。
通过对事务的隔离和原子性操作的要求，可以有效地控制并发操作对数据的影响。
在事务处理中，可以使用锁定机制、时间戳机制和多版本并发控制等技术来实现并发控制。
3. 多版本并发控制（MVCC）多版本并发控制是一种先进的并发控制方法，它通过为每个事务创建一个独立的读取版本，使得多个事务可以同时读取和修改数据，而不会相互干扰。
多版本并发控制通过为每个数据项的每个版本分配一个唯一的时间戳来实现，它可以提高并发访问性能和资源利用率，并减少死锁和阻塞问题的发生。
4. 并发控制协议并发控制协议是一种用于控制并发操作的协议，它定义了多个事务之间的执行顺序和互斥关系。
常见的并发控制协议有两阶段锁定协议（2PL）、时间戳排序协议（TSO）、验证协议和快照隔离协议等。
并发控制协议可以根据实际应用场景和需求选择合适的协议，以确保数据的一致性和正确性。
5. 乐观并发控制乐观并发控制是一种无锁的并发控制方法，它基于假设多个事务之间的冲突很少发生，事务可以同时执行而不发生冲突。
通过在事务执行过程中记录每个数据项的读取和写入操作，在提交时对事务进行冲突检测和冲突解决，可以有效地保证数据的一致性和正确性。
乐观并发控制适用于并发读多写少的场景，并具有较好的性能和可扩展性。
dbms并发控制的基本单位
dbms并发控制的基本单位概述在数据库管理系统（D B MS）中，并发控制是一种重要的机制，用于管理多个用户同时访问数据库时的数据一致性和完整性。
它涉及到事务的管理、锁机制和调度算法等方面。
本文将介绍并发控制的基本单位，包括事务、锁和调度。
事务定义事务是数据库操作的逻辑单位，它由一系列操作组成。
一个事务可以包含读取和修改数据库的操作，这些操作要么全部执行成功，要么全部回滚。
事务具有AC ID特性，即原子性、一致性、隔离性和持久性。
原子性原子性指的是一个事务中的操作要么全部执行成功，要么全部回滚。
如果一个操作失败，整个事务将会被回滚，数据库状态回到事务开始前的状态。
一致性一致性要求事务对数据库的修改必须使数据库从一种一致性状态变为另一种一致性状态。
事务执行过程中的中间状态对外部用户是不可见的。
隔离性隔离性指的是多个事务并发执行时，每个事务的执行都应该与其他事务相互隔离，互不干扰。
隔离性的实现通常通过锁机制来保证。
持久性持久性指的是事务提交后，其所做的修改将会永久保存到数据库中，即使发生系统故障或崩溃也不会丢失。
锁定义锁是并发控制的一种重要机制，用于管理对数据库对象的访问。
锁可以分为共享锁（读锁）和排他锁（写锁），用于控制读写操作对数据库对象的并发访问。
共享锁（读锁）共享锁允许多个事务同时读取数据库对象的数据，但不允许任何事务修改数据。
共享锁与排他锁之间是兼容的，多个共享锁可以同时存在，互不干扰。
排他锁（写锁）排他锁不允许其他事务同时读取或修改数据库对象的数据。
当一个事务持有排他锁时，其他事务无法获取该对象的共享锁或排他锁。
锁的粒度锁的粒度可以是整个数据库、表、行或其他更细粒度的单位。
选择适当的锁粒度可以提高并发性能，减少锁竞争的频率。
调度定义调度是指控制多个事务并发执行的顺序和时序的机制。
调度算法决定了事务的执行顺序，以及在什么时候执行哪个事务。
串行调度串行调度是最简单的调度方式，事务按照其提交的顺序依次执行。
数据库并发控制的方法与原理
数据库并发控制的方法与原理数据库并发控制是数据库管理系统中一个重要的概念，它解决了当多个用户同时访问数据库时可能出现的数据冲突和一致性问题。
在并发环境下，如果多个用户对同一数据进行读写或写操作，就很容易导致数据的不一致性，因此需要使用并发控制方法来保证数据库操作的正确性和一致性。
一、并发控制的原理并发控制的目标是保证数据库的一致性、事务的隔离性和并发操作的正确性。
它主要通过锁和并发控制算法来实现。
并发控制的原理可以概括为以下几个方面：1. 锁机制：锁是最常用的并发控制方法之一。
它可以把数据对象加锁，使得其他用户无法同时访问该对象。
在事务进行读写操作前，必须先获得该数据对象的锁，并在事务结束后释放锁。
通过锁的协调和管理，可以保证并发操作的正确性和一致性。
2. 事务隔离级别：数据库系统通过设置事务的隔离级别来控制并发操作。
常见的隔离级别有四个：读未提交（Read Uncommitted）、读已提交（Read Committed）、可重复读（Repeatable Read）和串行化（Serializable）。
不同的隔离级别对并发控制的方法和效果有一定的影响。
3. 事务调度算法：数据库系统中的并发控制器会对并发的事务进行调度和管理，以保证事务的正确执行和顺序。
事务调度算法包括优先级调度、等待图调度和时间戳调度等。
它们可以根据事务的需求和依赖关系来决定事务的执行顺序，并避免死锁等并发问题。
二、并发控制的方法在数据库管理系统中，有多种方法可以实现并发控制，下面介绍其中的一些常用方法：1. 两段锁定（Two-Phase Locking）：这是最基本的锁方法之一。
该方法要求事务通过两个阶段进行操作：增长（Growing）阶段和收缩（Shrinking）阶段。
在增长阶段，事务只获取锁并可以对数据进行读取操作；在收缩阶段，事务只释放锁，不再获取新的锁。
通过严格控制锁的操作顺序和释放时机，可以避免死锁等并发问题。
2. 死锁检测与解决：死锁是一种并发控制中常见的问题，当多个事务相互等待锁时可能会发生。
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6.1.1 并发控制概述 6.1.2 封锁 6.1.3 封锁协议 6.1.4 活锁和死锁 6.1.5 并发调度的可串行性 6.1.6 两段锁协议 6.1.7 封锁的粒度
2021/3/1
1
并发控制概述
多事务执行方式
(1)事务串行执行
每个时刻只有一个事务运行，其他事 务必须等到这个事务结束以后方能运 行
2021/3/1
16
一、什么是封锁
封锁就是事务T在对某个数据对象（例如表、 记录等）操作之前，先向系统发出请求，对其 加锁
加锁后事务T就对该数据对象有了一定的控制， 在事务T释放它的锁之前，其它的事务不能更 新此数据对象。
封锁是实现并发控制的一个非常重要的技术
2021/3/1
17
二、基本封锁类型
3. 事务2插入了一些记录，当事务1再次按相同条件 读取数据时，发现多了一些记录。
后两种不可重复读有时也称为幻影现象（phantom row）
2021/3/1
11
3. 读“脏”数据
事务1修改某一数据，并将其写回磁盘 事务2读取同一数据后 事务1由于某种原因被撤消，这时事务1已修改过 的数据恢复原值 事务2读到的数据就与数据库中的数据不一致， 是不正确的数据，又称为“脏”数据。
2021/3/1
12
T1
T2
① 读A=16
②
读A=16
③ A←A-1 写回
A=15
④
A←A-1 写回 A=15
(a) 丢失修改
图6.1 三种数据不一致性
2021/3/1
13
T1
T2
① 读A=50
读B=100
求和=150
②
读B=100
B←B*2
③ 读A=50
写回B=200
读B=200
求和=250
(验算不对)
② 读A=16
③A←A-1 写回A=15 Commit Unlock A
④
⑤
2021/3/1
T2
Xlock A 等待 等待 等待 等待 获得Xlock A 读A=15 A←A-1 写回A=14 Commit Unlock A
没有丢失修改
24
1级封锁协议
T1
① Xlock A 获得
② 读A=16 A←A-1 写回A=15
(b) 不可重复读
图6.1 三种数据不一致性(续)
2021/3/1
14
T1 ① 读C=100
C←C*2 OLLBACK C恢复为100
(c) 读“脏”数据
图6.1 三种数据不一致性(续)
2021/3/1
15
6.1.2 封锁
一、什么是封锁 二、基本封锁类型 三、基本锁的相容矩阵
DBMS通常提供了多种类型的封锁。一个事务 对某个数据对象加锁后究竟拥有什么样的控制 是由封锁的类型决定的。
基本封锁类型
排它锁（eXclusive lock，简记为X锁） 共享锁（Share lock，简记为S锁）
2021/3/1
18
排它锁
排它锁又称为写锁 若事务T对数据对象A加上X锁，则只允许
22
1级封锁协议
事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁， 直到事务结束才释放
正常结束（COMMIT） 非正常结束（ROLLBACK）
1级封锁协议可防止丢失修改
在1级封锁协议中，如果是读数据，不需要加 锁的，所以它不能保证可重复读和不读“脏” 数据。
2021/3/1
23
1级封锁协议
T1
① Xlock A 获得
③
T2
读A=15
④ Rollback Unlock A
不能充分利用系统资源，发挥数据库 共享资源的特点
2021/3/1
2
并发控制（续）
(2)交叉并发方式（interleaved concurrency） 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
是单处理机系统中的并发方式，能够减少处 理机的空闲时间，提高系统的效率
2021/3/1
3
并发控制（续）
③ A←A-1 写回
A=15
④
A←A-3 写回 A=13
T1的修改被T2覆盖了！
2021/3/1
7
并发操作带来的数据不一致性 丢失修改（lost update） 不可重复读（non-repeatable read） 读“脏”数据（dirty read）
2021/3/1
8
1. 丢失修改
丢失修改是指事务1与事务2从数据库中读 入同一数据并修改 事务2的提交结果破坏了事务1提交的结果， 导致事务1的修改被丢失。
DBMS必须提供并发控制机制
并发控制机制是衡量一个DBMS性能的重 要标志之一
2021/3/1
5
6.1.1 并发控制概述 并发控制机制的任务
对并发操作进行正确调度 保证事务的隔离性 保证数据库的一致性
2021/3/1
6
数据不一致实例：飞机订票系统
事务 T1
事务 T2
① 读A=16
②
读A=16
2021/3/1
21
6.1.3 封锁协议
在运用X锁和S锁对数据对象加锁时，需要约定 一些规则：封锁协议（Locking Protocol） 何时申请X锁或S锁 持锁时间、何时释放
不同的封锁协议，在不同的程度上为并发操 作的正确调度提供一定的保证
常用的封锁协议：三级封锁协议
2021/3/1
(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
最理想的并发方式，但受制于硬件环境
更复杂的并发方式机制
2021/3/1
4
事务并发执行带来的问题
可能会存取和存储不正确的数据，破坏 事务的隔离性和数据库的一致性
2021/3/1
9
2. 不可重复读
不可重复读是指事务1读取数据后，事务2 执行更新操作，使事务1无法再现前一次读 取结果。
2021/3/1
10
三类不可重复读
事务1读取某一数据后： 1。事务2对其做了修改，当事务1再次读该数据时，
得到与前一次不同的值。
2. 事务2删除了其中部分记录，当事务1再次读取数 据时，发现某些记录神密地消失了。
T读取和修改A，其它任何事务都不能再 对A加任何类型的锁，直到T释放A上的锁
2021/3/1
19
共享锁
共享锁又称为读锁
若事务T对数据对象A加上S锁，则其它事 务只能再对A加S锁，而不能加X锁，直到 T释放A上的S锁
2021/3/1
20
三、锁的相容矩阵
T1
X
S
-
T2
X
N
N
Y
S
N
Y
Y
-
Y
Y
Y
Y=Yes，相容的请求 N=No，不相容的请求