7.2數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制本章主要內(nèi)容：（1）事務(wù)：事務(wù)的概念、事務(wù)的ACID性質(zhì)、事務(wù)的狀態(tài)變遷圖（2）數(shù)據(jù)科的并發(fā)控制：并發(fā)操作產(chǎn)生的3類問(wèn)題、鎖（3）數(shù)據(jù)庫(kù)的恢復(fù)技術(shù)：重復(fù)存儲(chǔ)、寫日志（4）數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性控制：數(shù)據(jù)的正確性、有效性和相容性（5）數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性控制：合法用法的授權(quán)訪問(wèn)7.2數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)控制數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)與操作系統(tǒng)的并發(fā)，兩個(gè)概念是有區(qū)別的。在計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中，進(jìn)程（Process）是指內(nèi)存中正在運(yùn)行的程序。而并發(fā)，是指在同一時(shí)間段里，一個(gè)CPU執(zhí)行多個(gè)進(jìn)程。一個(gè)進(jìn)程可以分出不同的時(shí)間片、執(zhí)行不同的任務(wù)，這就是線程（Thread），線程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小邏輯單位。

DBMS屬于多用戶、共享系統(tǒng)，許多事務(wù)可能在同一時(shí)間對(duì)同一數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，這就是“并發(fā)操作”。例如，網(wǎng)上火車票售票系統(tǒng)，如果不加以控制，很多人就會(huì)搶購(gòu)到同一個(gè)座位號(hào)的火車票。DBMS的并發(fā)控制子系統(tǒng)，就是負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)并發(fā)事務(wù)執(zhí)行的，它可保證數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性，同時(shí)避免用戶得到不正確的數(shù)據(jù)。

7.2.1并發(fā)操作帶來(lái)的3個(gè)問(wèn)題數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)操作，如果不加以控制，可能會(huì)導(dǎo)致下面3個(gè)問(wèn)題。

1.丟失更新假設(shè)有2人同時(shí)在網(wǎng)上購(gòu)買同一車次的火車票，甲讀出該列車當(dāng)前售出的最大票序號(hào)為80（記為事務(wù)T1），乙讀出該列車當(dāng)前售出的最大票序號(hào)也為80（記為事務(wù)T2）。甲開(kāi)始購(gòu)買下一張票，票號(hào)為81，并將已售出的最大票序號(hào)更新為81；此時(shí)，乙也開(kāi)始購(gòu)買下一張票，票號(hào)為81，并將已售出的最大票序號(hào)更新為81。兩個(gè)事務(wù)同時(shí)讀取售出的最大票號(hào)并進(jìn)行更新，由于沒(méi)有加以控制，導(dǎo)致事務(wù)T1的更新被丟失了，結(jié)果是2人購(gòu)買了同一個(gè)座位號(hào)。如圖7-3（a）所示。

7.2.1并發(fā)操作帶來(lái)的3個(gè)問(wèn)題

2.不可重復(fù)讀假設(shè)有2個(gè)事務(wù)T1、T2都要操作數(shù)據(jù)項(xiàng)A，T1是將A加10，T2是分別將數(shù)據(jù)項(xiàng)A的值加到數(shù)據(jù)項(xiàng)B、C上。由于緩沖區(qū)空間有限，T2需要分2次讀取A的值。當(dāng)T2第二次讀取數(shù)據(jù)項(xiàng)A的值時(shí)，A的值已經(jīng)被修改了。人們把這種問(wèn)題，稱為不可重復(fù)讀。兩個(gè)事務(wù)的運(yùn)行時(shí)序如圖7-3（b）所示。

3.讀“臟”數(shù)據(jù)假設(shè)事務(wù)T1修改了數(shù)據(jù)項(xiàng)A的值并寫回了磁盤，事務(wù)T2讀取了A的值后，由于某種原因T1要被撤銷，它修改的值要恢復(fù)原值，這樣T2讀取的數(shù)據(jù)A就與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)不一致，這時(shí)人們就稱T2讀到的數(shù)據(jù)為“臟”數(shù)據(jù)。如圖7-3（c）所示。

7.2.1并發(fā)操作帶來(lái)的3個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生上述3類問(wèn)題的主要原因是并發(fā)操作破壞了事務(wù)的隔離性。并發(fā)控制機(jī)制就是要采用正確的方式調(diào)度并發(fā)操作，使一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行不受其他事務(wù)的干擾，從而避免造成數(shù)據(jù)的不一致。時(shí)序事務(wù)T1事務(wù)T2時(shí)序事務(wù)T1事務(wù)T2時(shí)序事務(wù)T1事務(wù)T2t0Read(A)t0Read(A)t0Read(A)t1Read(A)t1Read(A)A=A*2A=A+1A=A+10t1Write(A)t2Write(A)t2Write(A)t2Read(A)A=A+1t3Read(B)t3RollbackT1t3Write(A)B=B+At4Write(B)t5Read(A)t6Read(C)C=C+At7Write(C)（a）丟失更新

（b）不可重復(fù)讀

（c）讀“臟”數(shù)據(jù)

7.2.2并發(fā)調(diào)度的可串行化那么，什么樣的并發(fā)調(diào)度才是正確的？答案是可串行調(diào)度。事務(wù)的執(zhí)行次序稱為“調(diào)度”。如果多個(gè)事務(wù)依次執(zhí)行，則稱為事務(wù)的“串行調(diào)度”。如果利用分時(shí)的方法同時(shí)處理多個(gè)事務(wù)，則稱為事務(wù)的“并發(fā)調(diào)度”。“串行調(diào)度”與“可串行調(diào)度”是兩個(gè)不同的概念。如果有n個(gè)事務(wù)并發(fā)調(diào)度，所有可能的并發(fā)調(diào)度總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于n！。這其中，有的并發(fā)調(diào)度是正確的，有的并發(fā)調(diào)度是錯(cuò)誤的。

7.2.2并發(fā)調(diào)度的可串行化定義7-2多個(gè)事務(wù)的并行執(zhí)行是正確的，當(dāng)且僅當(dāng)其結(jié)果與按某一次序串行地執(zhí)行時(shí)的結(jié)果相同，這種調(diào)度策略稱為可串行化（serializable）的調(diào)度，否則稱為不可串行化的調(diào)度。在所有并發(fā)調(diào)度中，可串行化的調(diào)度是正確的，不可串行化的調(diào)度是錯(cuò)誤的。如果有n個(gè)事務(wù)并發(fā)調(diào)度，所有可能的并發(fā)調(diào)度總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于n！。這其中，有的并發(fā)調(diào)度是正確的，有的并發(fā)調(diào)度是錯(cuò)誤的。

7.2.2并發(fā)調(diào)度的可串行化例7-2設(shè)數(shù)據(jù)項(xiàng)A的初始值為10，事務(wù)T1將A的值加8，事務(wù)T2將A的值乘以2。如果先T1，再T2，則A的結(jié)果為36；如果先T2，再T1，則A的結(jié)果為28，這2種串行調(diào)度都是正確的。如圖7-4（a）、7-4（b）所示的調(diào)度是可串行的，故結(jié)果是正確的。而圖7-4（c）所示的調(diào)度是不可串行的，故結(jié)果是錯(cuò)誤的。時(shí)序事務(wù)T1事務(wù)T2時(shí)序事務(wù)T1事務(wù)T2時(shí)序事務(wù)T1事務(wù)T2t0Read(A)t0Read(A)t0Read(A)A=A+8A=A*2t1Read(A)t1Write(A)t1Write(A)A=A+8t2Read(A)t2Read(A)t2Write(A)A=A*2A=A+8A=A*2t3Write(A)t3Write(A)t3Write(A)結(jié)果A=36結(jié)果A=28結(jié)果A=20（a）先T1，后T2，串行調(diào)度

（b）先T2，后T1，串行調(diào)度

（c）不可串行調(diào)度

7.2.4封鎖技術(shù)并發(fā)控制的主要方法是封鎖（Locking）。定義7-3鎖（lock）是一個(gè)與數(shù)據(jù)項(xiàng)相關(guān)的變量，對(duì)可能應(yīng)用于該數(shù)據(jù)項(xiàng)上的操作而言，鎖描述了該數(shù)據(jù)項(xiàng)的狀態(tài)。通常在數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)都有一個(gè)鎖。封鎖就是事務(wù)T對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)操作之前，先向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，對(duì)其加鎖，加鎖后事務(wù)T就對(duì)該數(shù)據(jù)項(xiàng)有了某種控制，在事務(wù)T釋放它的鎖之前，其它的事務(wù)不能更新此數(shù)據(jù)項(xiàng)。

7.2.4封鎖技術(shù)

1.鎖的類型基本的封鎖類型有兩種：排他鎖（ExclusiveLocks，簡(jiǎn)稱X鎖）和共享鎖（ShareLocks，簡(jiǎn)稱S鎖）。定義7-4排他鎖又稱寫鎖。如果事務(wù)T對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象R（可以為數(shù)據(jù)項(xiàng)、記錄、數(shù)據(jù)表甚至整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)）加上了X鎖，則只允許事務(wù)T讀取和更新數(shù)據(jù)對(duì)象R，其它任何事務(wù)都不能再對(duì)R加任何類型的鎖，直到T釋放R上的鎖。定義7-5共享鎖又稱讀鎖。如果事務(wù)T對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象R加上了S鎖，則允許事務(wù)T讀取R上的數(shù)據(jù)，但不能更新R上的數(shù)據(jù)。其它事務(wù)可以對(duì)R加S鎖，但不能加X(jué)的鎖。

7.2.4封鎖技術(shù)使用X鎖的操作有兩個(gè)：（1）申請(qǐng)加X(jué)鎖操作：事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)R進(jìn)行寫操作前，必須申請(qǐng)加X(jué)鎖成功。如果數(shù)據(jù)R當(dāng)前沒(méi)有任何鎖，則可直接加X(jué)鎖；如果數(shù)據(jù)R當(dāng)前有一把或多把S鎖、但沒(méi)有X鎖，則事務(wù)T先申請(qǐng)加上一把S鎖，然后等待R上所有別的S鎖全部釋放后，再將自己的S鎖升級(jí)為X鎖；如果數(shù)據(jù)R當(dāng)前有X鎖，則事務(wù)只能等待，直到該X鎖釋放為止。（2）釋放X鎖操作：事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)R加X(jué)鎖成功后，才可以對(duì)R進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。直至遇到Commit或Rollback語(yǔ)句，才會(huì)釋放X鎖。

7.2.4封鎖技術(shù)使用S鎖的操作有兩個(gè)：（1）申請(qǐng)加S鎖操作：事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)R進(jìn)行讀操作前，必須申請(qǐng)加S鎖成功。如果數(shù)據(jù)R當(dāng)前沒(méi)有任何鎖、或只有S鎖，則可直接加S鎖；如果數(shù)據(jù)R當(dāng)前有X鎖，則事務(wù)只能等待，直到該X鎖釋放為止。（2）釋放S鎖操作：事務(wù)T對(duì)數(shù)據(jù)R加S鎖成功后，才可以對(duì)R進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。讀完后，立即釋放S鎖。

7.2.4封鎖技術(shù)2.封鎖協(xié)議

在運(yùn)用S鎖和X鎖對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行加鎖操作時(shí)，需要遵循一些規(guī)則，這些規(guī)則稱為封鎖協(xié)議（LockingProtocol）。對(duì)封鎖方式采用不同的規(guī)則，就形成不同的封鎖協(xié)議。目前，封鎖協(xié)議分為三級(jí)。各級(jí)封鎖協(xié)議對(duì)并發(fā)操作帶來(lái)的丟失更新、不可重復(fù)讀、讀“臟”數(shù)據(jù)等不一致問(wèn)題，可以分不同級(jí)別加以解決。（1）一級(jí)封鎖協(xié)議事務(wù)T在更新數(shù)據(jù)R之前必須先對(duì)其加X(jué)鎖，直到事務(wù)結(jié)束才釋放。這就是一級(jí)加鎖協(xié)議。它能防止丟失更新，但它不要求讀取數(shù)據(jù)要加S鎖，所以它不能解決不可重復(fù)讀和讀“臟”數(shù)據(jù)問(wèn)題。

7.2.4封鎖技術(shù)（2）二級(jí)封鎖協(xié)議一級(jí)封鎖協(xié)議加上事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對(duì)其加S鎖，讀完后，立即釋放S鎖。這就是二級(jí)加鎖協(xié)議。它能防止丟失更新，也能防止讀“臟”數(shù)據(jù)問(wèn)題，但由于它讀完立即釋放，故它不能解決不可重復(fù)讀問(wèn)題。（3）三級(jí)封鎖協(xié)議在一級(jí)封鎖協(xié)議的技術(shù)上，加上事務(wù)T在讀取數(shù)據(jù)R之前必須先對(duì)其加S鎖，直到事務(wù)結(jié)束，才釋放S鎖。這就是三級(jí)加鎖協(xié)議。由于它在讀完數(shù)據(jù)后，也不釋放S鎖，使得別的事務(wù)無(wú)法更新數(shù)據(jù)。故它不但能防止丟失更新、止讀“臟”數(shù)據(jù)問(wèn)題，還能解決不可重復(fù)讀問(wèn)題。

7.2.5封鎖帶來(lái)的問(wèn)題及解決辦法事務(wù)使用封鎖機(jī)制后，會(huì)產(chǎn)生活鎖、死鎖等問(wèn)題。

1.活鎖如果事務(wù)T1封鎖了數(shù)據(jù)對(duì)象R，事務(wù)T2又請(qǐng)求封鎖R，于是T2等待。接著事務(wù)T3也請(qǐng)求封鎖R。當(dāng)T1釋放了R上的鎖之后系統(tǒng)先批準(zhǔn)了T3的請(qǐng)求，T2仍然等待，然后T4也請(qǐng)求封鎖R。當(dāng)T3釋放了R上的鎖之后系統(tǒng)先批準(zhǔn)了T4的請(qǐng)求…，T2可能永遠(yuǎn)等待。這種在多個(gè)事務(wù)請(qǐng)求對(duì)同一數(shù)據(jù)封鎖時(shí)，總是某一個(gè)用戶等待，得不到封鎖的情況，稱為活鎖。解決活鎖的辦法是采用“先來(lái)先服務(wù)”的策略，即簡(jiǎn)單的排隊(duì)方式。

7.2.5封鎖帶來(lái)的問(wèn)題及解決辦法

2.死鎖系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的事務(wù)都處于等待狀態(tài)，并且每個(gè)事務(wù)都在等待其中另一個(gè)事務(wù)解除封鎖，它才能夠繼續(xù)進(jìn)行下去，結(jié)果造成任何一個(gè)事務(wù)都無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行。這種情況稱為系統(tǒng)進(jìn)入了“死鎖”狀態(tài)?？梢杂檬聞?wù)依賴圖的形式測(cè)試系統(tǒng)中是否存在死鎖。圖中用圓圈表示一個(gè)事務(wù)，箭頭表示事務(wù)的依賴關(guān)系。如圖7-5所示，事務(wù)T1請(qǐng)求加鎖數(shù)據(jù)A，但A已被事務(wù)T2封鎖；T2請(qǐng)求加鎖數(shù)據(jù)B，但B已被事務(wù)T1封鎖，這樣存在一個(gè)循環(huán)，系統(tǒng)進(jìn)入死鎖狀態(tài)。

7.2.5封鎖帶來(lái)的問(wèn)題及解決辦法

DBMS的并發(fā)控制子系統(tǒng)一旦監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)中存在死鎖，就要設(shè)法解除。常用的方法是選擇一個(gè)處理死鎖代價(jià)比較小的事務(wù)，將其撤銷，釋放此事務(wù)持有的所有鎖，使其他事務(wù)得以繼續(xù)運(yùn)行下去。例如，在圖7-6中，撤銷事務(wù)T3，即可解除死鎖。圖7-5事務(wù)依賴圖

圖7-6事務(wù)的有環(huán)依賴圖7.2.6鎖的粒度封鎖對(duì)象的大小稱為封鎖粒度。封鎖對(duì)象可