【愚公系列】软考高级-架构设计师 060-并发控制和封锁协议
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🚀前言
并发控制是数据库管理系统（DBMS）中的一个重要概念，用于管理多个事务并发执行时可能出现的数据访问冲突。封锁协议是实现并发控制的一种机制，它规定了事务在访问数据时需要遵循的锁定规则和释放规则。
1、并发控制：
- 定义：并发控制是指数据库管理系统确保在多个事务同时运行时，能够有效地管理事务之间的并发执行，以避免数据不一致和丢失的问题。
- 目的：确保事务并发执行时数据库的一致性和完整性，同时尽可能提高数据库系统的性能和吞吐量。
- 常见问题：并发执行可能引发的问题包括丢失更新、脏读、不可重复读和幻读等。
2、封锁协议：
- 定义：封锁协议是一组规则和算法，用于确定事务如何获取和释放锁以实现并发控制。
- 目的：确保在多个事务并发执行时，对数据库中的数据进行正确的访问和操作，以避免数据不一致和丢失。
- 常见类型：
- 共享锁（S锁）：允许多个事务同时读取数据，但阻止其他事务对数据进行写入操作。
- 排他锁（X锁）：在事务对数据进行更新或删除操作时使用，阻止其他事务对同一数据进行读取或写入操作。
- 常见协议：
- 两阶段锁协议（2PL）：事务分为获取锁阶段和释放锁阶段，在获取锁阶段，事务可以动态获取锁，但在释放锁阶段，事务只能释放已获取的锁。
- 多粒度封锁协议（MLock）：允许事务在不同的粒度上获取锁，如行级锁、页级锁或表级锁，以提高并发性能和减少锁竞争。
- 实现方式：封锁协议可以在数据库管理系统的内核中实现，也可以由应用程序开发人员通过编程来实现。
并发控制是确保事务并发执行时数据库的一致性和完整性的机制，而封锁协议是实现并发控制的一种具体机制，规定了事务如何获取和释放锁以保证数据访问的正确性。
🚀一、并发控制和封锁协议
🔎1.并发控制
🦋1.1 事务
事务：由一系列DML操作组成，这些操作，要么全做，要么全不做，它从第一个DML操作开
始，rollback、commit或者DDL结束，拥有以下四种特性，详解如下：
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 原子性 | - 事务的操作要么全部执行成功（commit），要么全部撤销（rollback）。 - 例如银行转账，如果在转账过程中发生故障，系统应该保证资金不会丢失，要么完全转账成功，要么完全取消转账。 |
| 一致性 | - 事务执行后，数据库从一个一致状态转变为另一个一致状态，即事务执行前后数据库的完整性约束得到满足。 - 例如银行转账后，账户余额总和应该保持不变，不会出现资金丢失或者冗余的情况。 |
| 隔离性 | - 事务的执行对其他事务是隔离的，事务内的操作在提交之前对其他事务不可见，即不会互相干扰。 - 例如，一个事务对某行数据进行修改，其他事务在该事务提交之前看不到这个修改。 |
| 持续性 | - 事务操作的结果是持久的，一旦事务提交，其所做的修改将永久保存在数据库中，即使系统发生故障也不会丢失。 - 例如，一旦银行转账成功，账户余额的修改应该永久保存在数据库中。 |
🦋1.2 问题
事务是并发控制的前提条件，并发控制就是控制不同的事务并发执行，提高系统效率，但是并发控制中存在下面三个问题：
| 问题 | 描述 |
|---|---|
| 丢失更新 | - 事务1对数据A进行了修改并写回，事务2也对A进行了修改并写回，导致事务2写回的数据覆盖了事务1写回的数据，从而丢失了事务1对A的更新。 |
| 不可重复读 | - 事务2读取数据A，然后事务1对A进行了修改并写回，此时事务2再次读取A，发现数据不一致，导致出现不可重复的读取结果，即同一事务在不同时间读取相同数据得到的结果不同。 |
| 读脏数据 | - 事务1对数据A进行了修改后，事务2读取了A，然后事务1回滚，导致数据A恢复到了原来的值，此时事务2读取到的数据是脏数据，因为事务2读取的数据已经不是最新的。 |
🔎2.封锁协议
X锁是排它锁(写锁)。若事务T对数据对象A加上x锁，则只允许T读取和修改A，其他事务都不能再对A加任何类型的锁，直到T释放A上的锁。
S锁是共享锁(读锁)。若事务T对数据对象A加上S锁，则只允许T读取A，但不能修改A，其他事务只能再对A加S锁(也即能读不能修改)，直到T释放A上的S锁。
共分为三级封锁协议，如下：
- 一级封锁协议：事务在修改数据R之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。可解决丢失更新问题。
- 二级封锁协议：一级封锁协议的基础上加上事务T在读数据R之前必须先对其加S锁，读完后即可释放S锁。可解决丢失更新、读脏数据问题。
- 三级封锁协议：一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前先对其加S锁，直到事务结束才释放。可解决丢失更新、读脏数据、数据重复读问题。
🔎3.练习
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