容器并發(fā)性控制機(jī)制

I目錄

■CONTENTS

第一部分悲觀并發(fā)控制機(jī)制..................................................2

第二部分樂觀并發(fā)控制機(jī)制..................................................4

第三部分讀寫鎖并發(fā)控制機(jī)制................................................6

第四部分基于版本并發(fā)控制機(jī)制..............................................9

第五部分多版本并發(fā)控制機(jī)制................................................II

第六部分鎖粒度分析及優(yōu)化策略.............................................14

第七部分死鎖檢測(cè)與處理機(jī)制...............................................17

第八部分可串行化嗝離與快照隔離...........................................20

第一部分悲觀并發(fā)控制機(jī)制

悲觀并發(fā)控制機(jī)制

悲觀并發(fā)控制機(jī)制是一種以悲觀方式看待并發(fā)訪問，假設(shè)并發(fā)事務(wù)總

是會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突的機(jī)制。該機(jī)制通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖定，防止并發(fā)事

務(wù)對(duì)同一數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行同時(shí)訪問和修改，從而實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制。

基本原理

*排他鎖和共享鎖：悲觀并發(fā)控制機(jī)制使用兩種鎖機(jī)制：排他鎖和共

享鎖。排他鎖允許事務(wù)獨(dú)占訪問數(shù)據(jù)項(xiàng)，而共享鎖允許事務(wù)與其他持

有共享鎖的事務(wù)同時(shí)訪問數(shù)據(jù)項(xiàng)。

*鎖粒度：鎖粒度決定了鎖定的數(shù)據(jù)范圍。粒度越大，并發(fā)性越低,

但隔離性越高。

*鎖持續(xù)時(shí)間：鎖持續(xù)時(shí)間決定了鎖定的時(shí)間長(zhǎng)短。短的鎖持續(xù)時(shí)間

提高了并發(fā)性，但降低了隔離性。

類型

悲觀并發(fā)控制機(jī)制有三種主要類型：

*單粒度鎖：排他鎖或共享鎖被應(yīng)用于單個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)上。

*多粒度鎖：鎖被應(yīng)用于數(shù)據(jù)項(xiàng)的集合，例如表或行。

*意向鎖：在數(shù)據(jù)項(xiàng)上設(shè)置意向鎖，指示事務(wù)打算獲取排他鎖或共享

鎖。

優(yōu)勢(shì)

*保證隔離性：悲觀并發(fā)控制機(jī)制通過鎖定確保了事務(wù)隔離性，防止

了數(shù)據(jù)沖突。

*簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)：悲觀并發(fā)控制機(jī)制相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴恍枰櫴?/p>

務(wù)沖突。

劣勢(shì)

*較低的并發(fā)性：悲觀并發(fā)控制機(jī)制的鎖定策略會(huì)降低并發(fā)性，因?yàn)?/p>

事務(wù)必須等待鎖釋放才能訪問數(shù)據(jù)。

*死鎖：如果事務(wù)相互持有鎖并等待對(duì)方釋放鎖，可能會(huì)發(fā)生死鎖。

*鎖升級(jí)和降級(jí)：在某些情況下，事務(wù)可能需要升級(jí)或降級(jí)鎖，這會(huì)

增加開銷。

適用場(chǎng)景

悲觀并發(fā)控制機(jī)制適合具有以下特征的應(yīng)用程序：

*數(shù)據(jù)爭(zhēng)用率高

*對(duì)數(shù)據(jù)一致性要求較高

*事務(wù)較短并經(jīng)常訪問同一數(shù)據(jù)項(xiàng)

示例

在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，悲觀并發(fā)控制機(jī)制通常以排他鎖和共享鎖的形

式實(shí)現(xiàn)。例如，在MySQL中,可以使用'SELECT...FORUPDATE'

語句獲取排他鎖，而'SELECT...LOCKINSHAREMODE'語句獲取

共享鎖。

結(jié)論

悲觀并發(fā)控制機(jī)制是一種通過鎖定數(shù)據(jù)項(xiàng)來防止數(shù)據(jù)沖突的并發(fā)控

制機(jī)制。雖然它可以保證隔離性，但會(huì)降低并發(fā)性并可能導(dǎo)致死鎖。

悲觀并發(fā)控制機(jī)制適合數(shù)據(jù)爭(zhēng)用率高、對(duì)數(shù)據(jù)一致性要求高的應(yīng)用程

序。

第二部分樂觀并發(fā)控制機(jī)制

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

【樂觀并發(fā)控制機(jī)制】：

1.前提條件：基于樂觀假設(shè)，認(rèn)為沖突很少發(fā)生，無需提

前進(jìn)行鎖操作。

2.并發(fā)執(zhí)行：事務(wù)并行執(zhí)行，不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加鎖。

3.提交驗(yàn)證：提交時(shí)，瞼查事務(wù)是否與其他事務(wù)沖突，如

果發(fā)生沖突，則進(jìn)行回滾操作。

【版本并發(fā)控制】：

樂觀并發(fā)控制機(jī)制

概述

樂觀并發(fā)控制(OCC)是一種并發(fā)控制機(jī)制，它假定事務(wù)不會(huì)沖突，

并允許它們并發(fā)執(zhí)行。只有當(dāng)事務(wù)提交時(shí)，才會(huì)檢查沖突。如果發(fā)生

沖突，則會(huì)中止事務(wù)并要求其重試。

實(shí)現(xiàn)

OCC通過使用以下技術(shù)來實(shí)現(xiàn)：

*多版本并發(fā)控制(MVCC)：MVCC維護(hù)不同時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)狀態(tài)的多

個(gè)版本。事務(wù)讀取和寫入數(shù)據(jù)的舊版本，從而避免與并發(fā)事務(wù)的沖突。

木時(shí)間戳分配：在事務(wù)開始時(shí)，會(huì)分配一個(gè)時(shí)間戳。該時(shí)間戳用F確

定事務(wù)的順序。

*驗(yàn)證提交：當(dāng)事務(wù)提交時(shí)，會(huì)檢查它是否與數(shù)據(jù)庫(kù)中任何已提交或

未提交事務(wù)沖突。如果發(fā)生沖突，則中止事務(wù)。

原理

OCC基于以下原則：

*沖突檢測(cè)延遲：沖突檢測(cè)被推遲到事務(wù)提交時(shí)。

*沖突解決：發(fā)生沖突時(shí)，中止沖突的事務(wù)。

*重試：中止的事務(wù)必須重試，直到成功提交為止。

優(yōu)點(diǎn)

*高吞吐量：OCC允許事務(wù)并發(fā)執(zhí)行，提高了吞吐量。

*低開銷：由于沖突檢測(cè)被推遲，OCC比其他并發(fā)控制機(jī)制的開銷更

低。

*簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)：OCC可以輕松實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗恍枰獜?fù)雜的鎖機(jī)制。

缺點(diǎn)

*沖突率：OCC的沖突率取決于事務(wù)的并發(fā)性和沖突概率。高沖突率

會(huì)降低性能。

*回滾：發(fā)生沖突時(shí)，OCC需要回滾事務(wù)，這可能會(huì)耗時(shí)。

*事務(wù)隔離性：OCC只保證讀取一致性和可重復(fù)讀，但不能保證串行

化。

應(yīng)用場(chǎng)景

OCC適用于以下情況：

*沖突頻率低：事務(wù)之間的沖突概率較低。

*讀多寫少：數(shù)據(jù)庫(kù)操作以讀取為主。

*高性能要求：需要高吞吐量和低延遲。

相關(guān)技術(shù)

OCC與以下技術(shù)相關(guān)：

*悲觀并發(fā)控制(PCC)：PCC在事務(wù)開始前獲取鎖，以防止沖突c

*多版本并發(fā)控制(MVCC)：MVCC允許事務(wù)讀取和寫入數(shù)據(jù)庫(kù)的不同

版本。

*時(shí)間戳分配：時(shí)間戳分配用于確定事務(wù)的順序并檢測(cè)沖突。

結(jié)論

樂觀并發(fā)控制是一種高吞吐量、低開銷的并發(fā)控制機(jī)制。它適用于沖

突頻率低、讀多寫少和高性能要求的場(chǎng)景。然而，它也存在沖突率高、

回滾成本高和事務(wù)隔離性較弱的缺點(diǎn)。

第三部分讀寫鎖并發(fā)控制機(jī)制

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

讀寫鎖并發(fā)控制機(jī)制

1.讀寫鎖機(jī)制是一種并發(fā)控制機(jī)制，它允許多個(gè)讀取器并

發(fā)訪問共享資源，但只允許一個(gè)寫入器一次訪問共享資源。

2.這通過使用兩個(gè)鎖來實(shí)現(xiàn)：讀鎖和寫鎖。讀取器獲取讀

鎖，而寫入器獲取寫鎖。

3.當(dāng)一個(gè)寫入器持有寫鎖時(shí)，任何其他線程都不能獲取讀

鎖或?qū)戞i。

讀寫鎖的優(yōu)點(diǎn)

1.讀寫鎖機(jī)制可以顯著提高只讀操作的吞吐量，因?yàn)槎鄠€(gè)

讀取器可以同時(shí)進(jìn)行讀取操作。

2.它可以防止寫入器饑餓，因?yàn)閷懭肫骺梢垣@得寫鎖，即

使有多個(gè)讀取器正在等待。

3.讀寫鎖機(jī)制易于理解和實(shí)現(xiàn)，使得它成為并發(fā)控制的流

行選擇。

讀寫鎖的缺點(diǎn)

1.讀寫鎖機(jī)制可能會(huì)導(dǎo)致寫入器饑餓，如果在短時(shí)間內(nèi)有

大量的讀取操作。

2.它可以降低寫入操作的性能，因?yàn)閷懭肫鞅仨毜却?/p>

讀取器釋放其讀鎖。

3.讀寫鎖機(jī)制需要額外的內(nèi)存開銷來存儲(chǔ)鎖信息.

讀寫鎖的變體

1.公平讀寫鎖：確保寫入器不會(huì)無限期地饑餓，因?yàn)樗鼈?/p>

在等待寫鎖時(shí)會(huì)排隊(duì)。

2.多讀者單寫入鎖：允許多個(gè)讀取器同時(shí)訪問共享資源，

但只允許一個(gè)寫入器。

3.無饑餓讀寫鎖：保證寫入器和讀取器都不會(huì)饑餓。

讀寫鎖在實(shí)踐中的應(yīng)用

1.讀寫鎖機(jī)制廣泛應(yīng)用于多線程編程中，例如共享數(shù)據(jù)的

保護(hù)。

2.它在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中也很流行，用于控制對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表和行

的訪問。

3.讀寫鎖機(jī)制還用于并發(fā)算法中，例如無鎖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和并

行計(jì)算。

讀寫鎖并發(fā)控制機(jī)制

前言

并發(fā)控制是一種數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)用于管理并發(fā)事務(wù)的技術(shù),

以確保數(shù)據(jù)的完整性和一致性。讀寫鎖是一種廣泛使用的并發(fā)控制機(jī)

制，它允許多個(gè)讀取器同時(shí)訪問數(shù)據(jù)，但只允許一個(gè)寫入器在任何給

定時(shí)刻修改數(shù)據(jù)。

基本原理

讀寫鎖機(jī)制使用兩種類型的鎖：

*讀鎖(R)：允許事務(wù)讀取數(shù)據(jù)，但不能修改數(shù)據(jù)。

*寫鎖(W)；允許事務(wù)修改數(shù)據(jù)，但不能讀取數(shù)據(jù)。

在任何給定時(shí)刻，只允許一個(gè)事務(wù)持有寫鎖。這意味著只有一個(gè)事務(wù)

可以同時(shí)修改數(shù)據(jù)C多個(gè)事務(wù)可以同時(shí)持有讀鎖，這允許它們同時(shí)讀

取數(shù)據(jù)。

實(shí)現(xiàn)

讀寫鎖的實(shí)現(xiàn)通常使用以下步驟：

1.當(dāng)一個(gè)事務(wù)需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)獲取一個(gè)讀鎖。

2.當(dāng)一個(gè)事務(wù)需要修改數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)獲取一個(gè)寫鎖。

3.如果一個(gè)事務(wù)正在持有寫鎖，則任何其他事務(wù)都無法獲取讀鎖或

寫鎖。

4.如果一個(gè)事務(wù)正在持有讀鎖，則任何其他事務(wù)都可以獲取讀鎖，

但不能獲取寫鎖。

5.當(dāng)一個(gè)事務(wù)完成讀取或?qū)懭牒螅鼤?huì)釋放其鎖。

優(yōu)勢(shì)

讀寫鎖機(jī)制具有以下優(yōu)勢(shì)：

*提高并發(fā)性：允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)讀取數(shù)據(jù)，從而提高并發(fā)性。

*防止臟讀：防止一個(gè)事務(wù)讀取另一個(gè)事務(wù)已修改但尚未提交的數(shù)據(jù)。

*防止寫入覆蓋：防止一個(gè)事務(wù)覆蓋另一個(gè)事務(wù)已修改但尚未提交的

數(shù)據(jù)。

劣勢(shì)

讀寫鎖機(jī)制也有一些劣勢(shì)：

*讀者饑餓：如果多個(gè)事務(wù)正在持有讀鎖，則寫入事務(wù)可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間

等待。

*寫入饑餓：如果一個(gè)事務(wù)正在持有寫鎖，則其他事務(wù)可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間

等待獲取讀鎖或?qū)戞i。

*死鎖：如果兩個(gè)或多個(gè)事務(wù)相互等待彼此釋放鎖，則可能會(huì)發(fā)生死

鎖。

避免死鎖

為了避免死鎖，可以采用以下策略：

*先寫后讀：事務(wù)應(yīng)先獲取寫鎖，然后再獲取讀鎖。

*超時(shí)：每個(gè)鎖都應(yīng)該有一個(gè)超時(shí)，如果鎖在超時(shí)后沒有被釋放，則

應(yīng)該被自動(dòng)解鎖。

*死鎖檢測(cè)和恢復(fù)：DBMS可以檢測(cè)和恢復(fù)死鎖，例如通過回滾一個(gè)

或多個(gè)事務(wù)。

結(jié)論

讀寫鎖并發(fā)控制機(jī)制是一種有效的技術(shù)，用于管理數(shù)據(jù)庫(kù)中的并發(fā)訪

問。它通過允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)讀取數(shù)據(jù)并只允許一個(gè)事務(wù)同時(shí)修改數(shù)

據(jù)來提高并發(fā)性。雖然它有一些劣勢(shì)，但通過采用避免死鎖的策略,

可以將其最小化。

第四部分基于版本并發(fā)控制機(jī)制

基于版本并發(fā)控制機(jī)制

基于版本并發(fā)控制機(jī)制(MVCC)是一種廣泛用于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系

統(tǒng)(RDBMS)中的并發(fā)控制機(jī)制，它通過為每個(gè)事務(wù)創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的

數(shù)據(jù)庫(kù)版本，從而實(shí)現(xiàn)事務(wù)的隔離和并發(fā)執(zhí)行。

原理

MVCC的核心思想是：每個(gè)事務(wù)看到數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的一個(gè)特定版本，該

版本是事務(wù)啟動(dòng)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài)。即使其他并發(fā)事務(wù)修改了數(shù)據(jù)庫(kù),

一個(gè)事務(wù)仍然可以看到其啟動(dòng)時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)版本。

為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)了數(shù)據(jù)的多個(gè)版本。當(dāng)事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)

行讀操作時(shí)，它會(huì)讀取數(shù)據(jù)當(dāng)前版本。當(dāng)事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行寫操作時(shí),

它會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的版本，其中包含事務(wù)的修改。事務(wù)提交后，其版本

成為數(shù)據(jù)庫(kù)的當(dāng)前版本。未提交的事務(wù)所創(chuàng)建的版本被稱為未提交版

本。

實(shí)現(xiàn)

MVCC的實(shí)現(xiàn)通常依賴于以下技術(shù)：

*多版本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)版本，每個(gè)版本都與一個(gè)

事務(wù)標(biāo)識(shí)符相關(guān)聯(lián)。

*讀版本：每個(gè)事務(wù)都有一個(gè)讀版本，它指定事務(wù)應(yīng)該讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的

哪個(gè)版本。

*寫版本：每個(gè)寫入操作都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的寫版本，其中包含所做的

修改。

*快照隔離：快照隔離是一種隔離級(jí)別，它使用MVCC來確保每個(gè)事

務(wù)看到數(shù)據(jù)庫(kù)在其啟動(dòng)時(shí)的狀態(tài)。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

*高并發(fā)性：MVCC允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)執(zhí)行，而不會(huì)互相阻塞，從而提

高了數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)性。

*事務(wù)隔離：每個(gè)事務(wù)都有一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)版本，從而保證了事務(wù)

的隔離性，防止了臟讀、幻讀等并發(fā)問題。

*高效：MVCC不需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加鎖，從而減少了資源消耗和提高

了性能。

*可擴(kuò)展性：MVCC機(jī)制可以擴(kuò)展到大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，從而支持更高

的吞吐量。

缺點(diǎn)：

*空間開銷：MVCC需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多個(gè)版本，這會(huì)增加數(shù)據(jù)庫(kù)的存

儲(chǔ)空間開銷。

*回收挑戰(zhàn)：未提交版本需要被定期回收，以釋放存儲(chǔ)空間，這可能

是一個(gè)資源密集型操作。

*回滾復(fù)雜性：由于存在多個(gè)版本，事務(wù)回滾可能會(huì)變得更加復(fù)雜。

常見的MVCC實(shí)現(xiàn)

*PostgreSQL：使用MVCC和快照隔離作為其默認(rèn)隔離級(jí)別。

*MySQL：在版本8.0中引入了MVCC和快照隔離。

*Oracle：提供了多種隔離級(jí)別，包括基于MVCC的讀提交和快照隔

離。

總結(jié)

基于版本并發(fā)控制機(jī)制(MVCC)是一種有效的并發(fā)控制機(jī)制，它通過

提供事務(wù)隔離和高并發(fā)性來提高RDBMS的性能。它廣泛用于各種應(yīng)用

程序中，需要處理高事務(wù)量和隔離性要求。

第五部分多版本并發(fā)控制機(jī)制

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

樂觀并發(fā)控制（OCC）

-讀寫沖突檢測(cè)：提交尋務(wù)時(shí)檢查是否存在與當(dāng)前事務(wù)沖

突的并發(fā)事務(wù)。

-事務(wù)版本化：為事務(wù)的不同版本創(chuàng)建快照，避免寫入沖

突。

-沖突解決：如果檢測(cè)到?jīng)_突，通常通過回滾當(dāng)前事務(wù)或采

用其他策略來解決。

悲觀并發(fā)控制＜PCC）

-排他鎖：事務(wù)在修改數(shù)據(jù)前獲得排他鎖，防止并發(fā)事務(wù)訪

問該數(shù)據(jù)。

-共享鎖：事務(wù)在讀取數(shù)據(jù)時(shí)獲得共享鎖，允許其他事務(wù)同

時(shí)讀取該數(shù)據(jù)。

-死鎖處理：采用死鎖檢測(cè)和解決機(jī)制，避免事務(wù)陷入死鎖

狀態(tài)。

多版本并發(fā)控制（MVCC）

-數(shù)據(jù)版本化：為數(shù)據(jù)記錄不同版本的時(shí)間戳，記錄事務(wù)執(zhí)

行時(shí)的狀態(tài)。

-快照隔離：事務(wù)讀取指定時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)版本，不受后續(xù)事

務(wù)修改的影響。

-寫沖突檢測(cè)：在更新數(shù)據(jù)時(shí)檢查是否有其他事務(wù)修改了

該數(shù)據(jù)的新版本，以確保數(shù)據(jù)一致性。

時(shí)間戳并發(fā)控制（TCC）

-事務(wù)時(shí)間數(shù)：每個(gè)事務(wù)分配一個(gè)全局唯一的時(shí)間戳。

■沖突檢測(cè)：提交事務(wù)時(shí)檢查事務(wù)時(shí)間戳是否早于其他并

發(fā)事務(wù)，以確保順序性。

-回滾處理：如果檢測(cè)到?jīng)_突，回滾遲到的事務(wù)，以保證數(shù)

據(jù)一致性。

鎖模式

-表級(jí)鎖：一次鎖定整個(gè)表，提供強(qiáng)一致性，但并發(fā)性較低。

-行級(jí)鎖：僅鎖定要訪問的行，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的并發(fā)控制。

?鎖粒度選擇：根據(jù)應(yīng)月程序需求和性能考慮因素選擇適

當(dāng)?shù)逆i模式。

并發(fā)控制優(yōu)化策略

-鎖升級(jí)策略：在必要時(shí)將行級(jí)鎖自動(dòng)升級(jí)為表級(jí)鎖，以提

高并發(fā)性。

-索引鎖策略：通過索引鎖定數(shù)據(jù)，防止死鎖和提高性能。

-樂觀并發(fā)策略：僅在沖突檢測(cè)失敗時(shí)回滾事務(wù)，提高吞吐

量。

多版本并發(fā)控制機(jī)制

多版本并發(fā)控制（MVCC）是一種并發(fā)控制機(jī)制，允許事務(wù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中

并行執(zhí)行，同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性和一致性。它通過為數(shù)據(jù)庫(kù)的每個(gè)

數(shù)據(jù)項(xiàng)維護(hù)多個(gè)版本來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

MVCC的工作原理

*版本化：MVCC將每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)存儲(chǔ)為多個(gè)版本，稱為快照。每個(gè)快

照都包含該數(shù)據(jù)項(xiàng)在特定時(shí)間點(diǎn)的值。

*時(shí)間戳：每個(gè)事務(wù)都有一個(gè)時(shí)間戳，表示它的開始時(shí)間。

*讀取操作：當(dāng)事務(wù)讀取數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，它會(huì)獲得該數(shù)據(jù)項(xiàng)與事務(wù)時(shí)間戳

相對(duì)應(yīng)的版本。

*寫入操作：當(dāng)事務(wù)寫入數(shù)據(jù)項(xiàng)時(shí)，它會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新版本，并將自己

的時(shí)間戳應(yīng)用于新版本。舊版本仍然保留，供其他事務(wù)讀取。

MVCC的好處

*高并發(fā)性：MVCC允許多個(gè)事務(wù)同時(shí)讀取和寫入數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)

據(jù)庫(kù)的并發(fā)性。

*可重復(fù)讀：事務(wù)在執(zhí)行過程中始終可以看到與事務(wù)開始時(shí)相同的數(shù)

據(jù)版本，從而保證可重復(fù)讀。

*事務(wù)隔離：MVCC通過防止事務(wù)之間寫入沖突和讀寫沖突，保證事

務(wù)隔離。

MVCC的實(shí)現(xiàn)

MVCC的實(shí)現(xiàn)方式有多種,包括：

*樂觀并發(fā)控制（OCC）：OCC假設(shè)事務(wù)不會(huì)沖突，允許它們并發(fā)執(zhí)行。

當(dāng)事務(wù)提交時(shí)，它會(huì)檢查是否存在沖突。如果有沖突，則會(huì)中止事務(wù)

并要求用戶重試。

*悲觀并發(fā)控制(PCC)：PCC假設(shè)事務(wù)會(huì)沖突，在事務(wù)執(zhí)行期間對(duì)數(shù)

據(jù)進(jìn)行加鎖。這可以防止沖突，但會(huì)降低并發(fā)性。

*混合型并發(fā)控制：混合型并發(fā)控制結(jié)合了OCC和PCC的元素，在

需要時(shí)使用加鎖來防止沖突。

MVCC的應(yīng)用

MVCC廣泛應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，包括：

*PostgreSQL：PostgreSQL使用MVCC來實(shí)現(xiàn)高并發(fā)性和可重復(fù)讀。

*MySQL：MySQL使用MVCC的一個(gè)變體，稱為行級(jí)鎖(Row-Level

Locking),提供更高的并發(fā)性。

*Oracle：Oracle使用MVCC來提供可重復(fù)讀和事務(wù)隔離。

總結(jié)

多版本并發(fā)控制是一種有效的并發(fā)控制機(jī)制，它通過維護(hù)數(shù)據(jù)項(xiàng)的多

個(gè)版本，允許事務(wù)并行執(zhí)行同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性和一致性。MVCC可

以提高數(shù)據(jù)庫(kù)的并發(fā)性、提供可重復(fù)讀和保證事務(wù)隔離。

第六部分鎖粒度分析及優(yōu)化策略

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

鎖粒度分析及優(yōu)化策略

1.鎖粒度定義：容器并發(fā)控制機(jī)制中鎖粒度的定義是

鎖控制區(qū)域范圍大小的衡量標(biāo)準(zhǔn)，它是反應(yīng)并發(fā)控制機(jī)制

中鎖的粗細(xì)程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)；

2.鎖粒度影響因素：影響鎖粒度的因素主要包括并

發(fā)訪問模式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、事務(wù)處理量等：

3.鎖粒度優(yōu)化策咯：鎖粒度優(yōu)化策略主要有細(xì)粒度

鎖優(yōu)化、粗粒度鎖優(yōu)化、多粒度鎖優(yōu)化等，其目的是在降低

鎖爭(zhēng)用的同時(shí)提升并發(fā)性能。

細(xì)粒度鎖優(yōu)化

1.細(xì)粒度鎖的優(yōu)點(diǎn)：細(xì)粒度鎖的優(yōu)點(diǎn)在于鎖粒度

小，能夠在并發(fā)訪問時(shí)瀛少鎖爭(zhēng)用，提高并發(fā)度，同時(shí)還能

有效降低鎖的開銷；

2.細(xì)粒度鎖的缺點(diǎn)：細(xì)粒度鎖雖然可以降低鎖爭(zhēng)

用，但是在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，同時(shí)也會(huì)帶來

額外的鎖管理開銷；

3.細(xì)粒度鎖的優(yōu)叱策略：細(xì)粒度鎖優(yōu)化策略主要

包括讀寫鎖優(yōu)化、分段鎖優(yōu)化、意向鎖優(yōu)化等。

粗粒度鎖優(yōu)化

1.粗粒度鎖的優(yōu)點(diǎn)：粗粒度鎖的優(yōu)點(diǎn)在于鎖粒度

大，能夠有效減少鎖管理開銷，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，并且在并

發(fā)訪問量大的情況下能夠有效提升并發(fā)性能；

2.粗粒度鎖的缺點(diǎn)：粗粒度鎖雖然能夠減少鎖開

銷，但是鎖粒度大，容易造成鎖爭(zhēng)用，影響并發(fā)性能；

3.粗粒度鎖的優(yōu)化策略：粗粒度鎖優(yōu)化策略主要

包括自旋鎖優(yōu)化、互斥鎖優(yōu)化、讀寫鎖優(yōu)化等。

多粒度鎖優(yōu)化

1.多粒度鎖的優(yōu)點(diǎn)：多粒度鎖的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在不

同粒度級(jí)別上進(jìn)行鎖控制，既可以充分利用細(xì)粒度鎖的優(yōu)

點(diǎn)，又可以避免粗粒度鎖帶來的鎖爭(zhēng)用問題；

2.多粒度鎖的缺點(diǎn)：多粒度鎖雖然能夠兼顧細(xì)粒度

鎖和粗粒度鎖的優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用中增加了鎖管理的

復(fù)雜度，同時(shí)也會(huì)帶來額外的鎖管理開銷；

3.多粒度鎖的優(yōu)叱策略：多粒度鎖優(yōu)化策略主要

包括自適應(yīng)鎖優(yōu)化、分層鎖優(yōu)化、混合鎖優(yōu)化等。

一、鎖粒度分析

鎖粒度是指事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖的單位。粒度越大，并發(fā)性越低，但

性能越高；粒度越小，并發(fā)性越高，但性能越低。

*行級(jí)鎖：對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)行加鎖，粒度最小，并發(fā)性最高，但開銷也最

大。

*頁級(jí)鎖：對(duì)數(shù)據(jù)所在的頁面加鎖，粒度比行級(jí)鎖大，并發(fā)性較好,

開銷也較小。

*表級(jí)鎖：對(duì)整張表加鎖，粒度最大，并發(fā)性最低，但開銷也最小。

二、鎖粒度優(yōu)化策略

優(yōu)化鎖粒度需要考慮以下因素：

*并發(fā)性需求：如果需要高并發(fā)性，則應(yīng)選擇較小的鎖粒度。

*數(shù)據(jù)訪問模式：如果事務(wù)頻繁訪問少量數(shù)據(jù)行，則應(yīng)選擇較小的鎖

粒度；如果事務(wù)訪問大量數(shù)據(jù)行，則應(yīng)選擇較大的鎖粒度。

*事務(wù)長(zhǎng)度：如果事務(wù)較短，則應(yīng)選擇較小的鎖粒度；如果事務(wù)較長(zhǎng)，

則應(yīng)選擇較大的鎖粒度。

三、鎖粒度優(yōu)化技術(shù)

1.多粒度加鎖

允許事務(wù)在不同粒度上加鎖。例如，事務(wù)可以在表級(jí)上加鎖以防止其

他事務(wù)對(duì)該表進(jìn)行更新，同時(shí)在行級(jí)上加鎖以防止其他事務(wù)讀取或更

新特定數(shù)據(jù)行。

2.意向鎖

在事務(wù)開始對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象加行級(jí)鎖之前，先在表級(jí)上加意向鎖。這樣可

以防止其他事務(wù)在該對(duì)象上加鎖，從而提高并發(fā)性。

3.讀寫鎖

允許事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象加讀鎖或?qū)戞i。讀鎖允許其他事務(wù)加讀鎖，但阻

止其他事務(wù)加寫鎖；寫鎖阻止其他事務(wù)加任何類型的鎖。

4.樂觀并發(fā)控制

不加任何鎖，而是假設(shè)事務(wù)不會(huì)發(fā)生沖突c如果發(fā)生沖突，則回滾一

個(gè)或多個(gè)事務(wù)。這種方法適合并發(fā)性需求較高的情況。

5.版本化

為每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象維護(hù)多個(gè)版本，允許事務(wù)同時(shí)訪問不同版本的數(shù)據(jù),

從而提高并發(fā)性。

四、鎖粒度分析示例

假設(shè)有一個(gè)事務(wù)需要讀取表中的所有數(shù)據(jù)行，然后更新其中一些行。

*行級(jí)鎖：每個(gè)數(shù)據(jù)行都加鎖，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)性問題。

*頁級(jí)鎖：每個(gè)頁面都加鎖，并發(fā)性會(huì)比行級(jí)鎖好，但仍然不夠理想。

*表級(jí)鎖：整個(gè)表都加鎖，并發(fā)性最低，但性能最好。

*多粒度加鎖：對(duì)表加意向鎖，然后對(duì)要讀取的數(shù)據(jù)行加行級(jí)鎖，對(duì)

要更新的數(shù)據(jù)行加寫鎖。這種方法可以平衡并發(fā)性和性能。

第七部分死鎖檢測(cè)與處理機(jī)制

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

主題名稱】：死鎖檢測(cè)機(jī)制

1.死鎖檢測(cè)算法：介紹死鎖檢測(cè)的算法，如資源分配圖法、

銀行家算法等，闡述各自的原理、優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)景。

2.死鎖檢測(cè)頻率：探討死鎖檢測(cè)頻率的設(shè)置策略，分析高

頻和低頻檢測(cè)的取舍，以及在并發(fā)環(huán)境下的優(yōu)化策略。

3.死鎖檢測(cè)開銷：評(píng)估死鎖檢測(cè)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，分析

時(shí)間復(fù)雜度、空間開銷和資源消耗，提出性能優(yōu)化措施。

主題名稱】：死鎖處理機(jī)制

死鎖檢測(cè)與處理機(jī)制

概述

死鎖是一種并發(fā)控制機(jī)制中常見的問題，它發(fā)生在多個(gè)進(jìn)程或線程同

時(shí)等待對(duì)方釋放資源，導(dǎo)致系統(tǒng)陷入僵局c容器環(huán)境中，由于容器技

術(shù)引入了額外的資源隔離層，死鎖問題可能更加復(fù)雜和難以解決。

死鎖檢測(cè)算法

死鎖檢測(cè)算法旨在識(shí)別死鎖情況。常用的算法包括：

*資源分配圖法(RAG)：構(gòu)造包含資源和進(jìn)程的資源分配圖，通過

尋找圖中的環(huán)路來檢測(cè)死鎖。

*等待-為圖法(WFG)：構(gòu)造一個(gè)有向圖，其中節(jié)點(diǎn)表示進(jìn)程，邊表

示進(jìn)程對(duì)資源的等待。如果圖中存在環(huán)路，則表明存在死鎖。

*銀行家算法：是一種預(yù)防死鎖的算法，它通過跟蹤資源的使用和

分配情況來預(yù)測(cè)未來可能的死鎖。

死鎖處理機(jī)制

一旦檢測(cè)到死鎖，可以通過以下機(jī)制來處理：

*死鎖避免：在資源分配前檢查是否有可能發(fā)生死鎖，如果可能，

則拒絕分配資源。

*死鎖預(yù)防：通過限制進(jìn)程同時(shí)持有的資源數(shù)量來防止死鎖的發(fā)生。

*死鎖檢測(cè)和恢復(fù)：定期檢測(cè)死鎖，并通過回滾事務(wù)或強(qiáng)制終止死

鎖進(jìn)程來恢復(fù)系統(tǒng)。

容器環(huán)境中的死鎖處理機(jī)制

容器環(huán)境中死鎖的處理需要考慮額外的因素，例如容器隔離和資源限

制。一些針對(duì)容器環(huán)境的死鎖處理機(jī)制包括：

*基于容器的死鎖檢測(cè)：在容器級(jí)別進(jìn)行死鎖檢測(cè)，以識(shí)別容器內(nèi)

或跨容器之間的死鎖情況。

*死鎖容限：為容器提供一定程度的死鎖容限，避免對(duì)輕微的死鎖

采取激進(jìn)行為，允許系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)。

*容器重啟策略：在檢測(cè)到死鎖時(shí)，采用自動(dòng)重啟策略，終止死鎖

的容器并重新啟動(dòng)它，從而打破死鎖循環(huán)。

*資源隔離增強(qiáng)：通過限制容器之間的資源共享或使用隔離技術(shù)，

如命名空間和cgroups,來減少死鎖的可能性。

*死鎖監(jiān)控工具：使用專門的監(jiān)控工具來檢測(cè)和報(bào)告容器中的死鎖

情況，以便管理員及時(shí)干預(yù)并采取適當(dāng)措施。

選擇合適的機(jī)制

選擇合適的死鎖處理機(jī)制取決于容器環(huán)境的具體需求和資源約束。以

下是一些指導(dǎo)原則：

*死鎖避免：對(duì)于資源有限或?qū)λ梨i特別敏感的系統(tǒng)至關(guān)重要。

*死鎖預(yù)防：對(duì)于具有較高死鎖風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)用程序或服務(wù)有用。

*死鎖檢測(cè)和恢復(fù)：通常被認(rèn)為是最后的手段，因?yàn)閺?qiáng)制終止進(jìn)程

或回滾事務(wù)可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或應(yīng)用程序中斷。

*容器重啟策略：對(duì)于容器環(huán)境中常見的死鎖有效，因?yàn)槿萜骺梢?/p>

很容易地重新啟動(dòng)。

結(jié)論

死鎖檢測(cè)與處理機(jī)制在容器并發(fā)性控制中至關(guān)重要。通過選擇和應(yīng)用

適當(dāng)?shù)臋C(jī)制，管理員可以最大限度地減少死鎖的發(fā)生，從而確保容器

環(huán)境的穩(wěn)定性和可用性。

第八部分可串行化隔離與快照隔離

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點(diǎn)

可串行化隔離

1.事務(wù)執(zhí)行串行化，保證每個(gè)事務(wù)按照提交順序依次執(zhí)行，

解決臟讀和幻讀問題。

2.嚴(yán)格的隔離級(jí)別，帶來較高的性能開銷，主要應(yīng)用于對(duì)

事務(wù)一致性要求非常高的場(chǎng)景。

3.通過在事務(wù)開始時(shí)獲取整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的快照，確保事務(wù)過

程中不會(huì)出現(xiàn)臟讀和幻讀。

快照隔離

可串行化隔離

可串行化隔離是數(shù)據(jù)庫(kù)隔離級(jí)別中最高級(jí)別，它確保事務(wù)在隔離的環(huán)

境中執(zhí)行，如同它是一個(gè)人執(zhí)行的。即事務(wù)之間的執(zhí)行順序被序列化,

事務(wù)之間不會(huì)出現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行的情形。

在可串行化隔離下，每個(gè)事務(wù)都有自己的私有數(shù)據(jù)副本，事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)

的修改不會(huì)立即反映到其他事務(wù)中。事務(wù)提交后，其修改才會(huì)被合并

到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并對(duì)其他事務(wù)可見。

快照隔離

快照隔離也是數(shù)據(jù)庫(kù)隔離級(jí)別中較高的級(jí)別，它提供了一種類似于可

串行化隔離的隔離效果，但開銷更低。快照隔離通過創(chuàng)建事務(wù)開始時(shí)

的數(shù)據(jù)庫(kù)快照來實(shí)現(xiàn)，事務(wù)僅能看到快照中的數(shù)據(jù)，而其他事務(wù)對(duì)數(shù)

據(jù)的修改不會(huì)影響當(dāng)前事務(wù)。

與可串行化隔離不同，快照隔離允許并發(fā)事務(wù)同時(shí)運(yùn)行。事務(wù)開始時(shí),

數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建一個(gè)快照，該快照包含事務(wù)開始時(shí)的所有數(shù)據(jù)。事務(wù)在該

快照上執(zhí)行，不受其他事務(wù)修改的影響。

可串行化隔離與快照隔離的對(duì)比

特征I可串行化隔離I快照隔離I

I隔離級(jí)別I最高I中等I

I事務(wù)執(zhí)行順序I序列化I并發(fā)I

I數(shù)據(jù)副本I私有副本I快照I

I修改可見性I事務(wù)提