事务

数据库事务是数据库管理系统执行过程中的一个逻辑单位,由一个有限的数据库操作序列构成。

一个数据库事务通常包含了一个序列的对数据库的读/写操作。它的存在包含有以下两个目的:

1. 为数据库操作序列提供了一个从失败中恢复到正常状态的方法,同时提供了数据库即使在异常状态下仍能保持一致性的方法。

2. 当多个应用程序在并发访问数据库时,可以在这些应用程序之间提供一个隔离方法,以防止彼此的操作互相干扰。

当事务被提交给了DBMS(数据库管理系统),则DBMS(数据库管理系统)需要确保该事务中的所有操作都成功完成且其结果被永久保存在数据库中,如果事务中有的操作没有成功完成,则事务中的所有操作都需要被回滚,回到事务执行前的状态;同时,该事务对数据库或者其他事务的执行无影响,所有的事务都好像在独立的运行。

但在现实的情况下,失败的风险很高。在一个数据库事务的执行过程中,有可能会遇上事务操作失败、数据库系统/操作系统失败,甚至是存储介质失败等等情况。这便需要DBMS对一个执行失败的事务执行恢复操作,将其数据库状态恢复到一致状态(数据的一致性得到保证的状态)。为了实现将数据库状态恢复到一致状态的功能,DBMS通常需要维护事务日志以追踪事务中所有影响数据库数据的操作。

以上为维基百科的描述,使用一个例子来加深下对事务的理解:同一个银行转账,A转1000元给B,这里就会存在两个操作,一个操作是A账户扣款1000元,另一个操作是B账户增加1000元,两者就构成了转账这个事务。如果把两个操作放在一个事务里面,并且是数据库提供的内在事务支持,那就不会有问题,要不全部成功,要不全部不成功。如果两个操作放在两个独立的事务里面,第一个事务处理成功,第二个事务处理失败,就会出现了中间态(A用户的钱扣了,B用户钱没到账),所以事务使用不当也会存在问题。

并非任意的对数据库的操作序列都是数据库事务。数据库事务拥有以下四个特性,习惯上被称之为ACID特性。那什么是ACID特性呢?我们来看下。

原子性(Atomicity):事务作为一个整体被执行,包含在其中的对数据库的操作要么全部被执行,要么都不执行。

一致性(Consistency):事务应确保数据库的状态从一个一致状态转变为另一个一致状态。一致状态的含义是数据库中的数据应满足完整性约束。

隔离性(Isolation):多个事务并发执行时,一个事务的执行不应影响其他事务的执行。

持久性(Durability):已被提交的事务对数据库的修改应该永久保存在数据库中。

 

锁是网络数据库中的一个非常重要的概念,它主要用于多用户环境下保证数据库完整性和一致性。各种大型数 据库所采用的锁的基本理论是一致的,但在具体实现上各有差别。目前,大多数数据库管理系统都或多或少具有自我调节、自我管理的功能,因此很多用户实际上不 清楚锁的理论和所用数据库中锁的具体实现。 

Microsoft SQL Server(以下简称SQL Server)作为一种中小型数据库管理系统,已经得到了广泛的应用,该系统更强调由系统来管理锁。在用户有SQL请求时,系统分析请求,自动在满足锁定 条件和系统性能之间为数据库加上适当的锁,同时系统在运行期间常常自动进行优化处理,实行动态加锁。对于一般的用户而言,通过系统的自动锁定管理机制基本 可以满足使用要求,但如果对数据安全、数据库完整性和一致性有特殊要求,就必须自己控制数据库的锁定和解锁,这就需要了解SQL Server的锁机制,掌握数据库锁定方法。 

锁的多粒度性以及锁升级 

数据库中的锁是指一种软件机制,用来指示某个用 户(也即进程会话,下同)已经占用了某种资源,从而防止其他用户做出影响本用户的数据修改或导致数据库数据的非完整性和非一致性。这儿所谓资源,主要指用 户可以操作的数据行、索引以及数据表等。根据资源的不同,锁有多粒度(multigranular)的概念,也就是指可以锁定的资源的层次。SQL Server中能够锁定的资源粒度包括:数据库、表、区域、页面、键值(指带有索引的行数据)、行标识符(RID,即表中的单行数据)。 

采 用多粒度锁的重要用途是用来支持并发操作和保证数据的完整性。SQL Server根据用户的请求,做出分析后自动给数据库加上合适的锁。假设某用户只操作一个表中的部分行数据,系统可能会只添加几个行锁(RID)或页面 锁,这样可以尽可能多地支持多用户的并发操作。但是,如果用户事务中频繁对某个表中的多条记录操作,将导致对该表的许多记录行都加上了行级锁,数据库系统 中锁的数目会急剧增加,这样就加重了系统负荷,影响系统性能。因此,在数据库系统中,一般都支持锁升级(lock escalation)。所谓锁升级是指调整锁的粒度,将多个低粒度的锁替换成少数的更高粒度的锁,以此来降低系统负荷。在SQL Server中当一个事务中的锁较多,达到锁升级门限时,系统自动将行级锁和页面锁升级为表级锁。特别值得注意的是,在SQL Server中,锁的升级门限以及锁升级是由系统自动来确定的,不需要用户设置。 

锁的模式和兼容性 

在数据库中加锁时,除了可以对不同的资源加锁,还可以使用不同程度的加锁方式,即锁有多种模式,SQL Server中锁模式包括: 

1.共享锁 

SQL Server中,共享锁用于所有的只读数据操作。共享锁是非独占的,允许多个并发事务读取其锁定的资源。默认情况下,数据被读取后,SQL Server立即释放共享锁。例如,执行查询“SELECT * FROM my_table”时,首先锁定第一页,读取之后,释放对第一页的锁定,然后锁定第二页。这样,就允许在读操作过程中,修改未被锁定的第一页。但是,事务 隔离级别连接选项设置和SELECT语句中的锁定设置都可以改变SQL Server的这种默认设置。例如,“ SELECT * FROM my_table HOLDLOCK”就要求在整个查询过程中,保持对表的锁定,直到查询完成才释放锁定。 

2.修改锁 

修 改锁在修改操作的初始化阶段用来锁定可能要被修改的资源,这样可以避免使用共享锁造成的死锁现象。因为使用共享锁时,修改数据的操作分为两步,首先获得一 个共享锁,读取数据,然后将共享锁升级为独占锁,然后再执行修改操作。这样如果同时有两个或多个事务同时对一个事务申请了共享锁,在修改数据的时候,这些 事务都要将共享锁升级为独占锁。这时,这些事务都不会释放共享锁而是一直等待对方释放,这样就造成了死锁。如果一个数据在修改前直接申请修改锁,在数据修 改的时候再升级为独占锁,就可以避免死锁。修改锁与共享锁是兼容的,也就是说一个资源用共享锁锁定后,允许再用修改锁锁定。 

3.独占锁 

独占锁是为修改数据而保留的。它所锁定的资源,其他事务不能读取也不能修改。独占锁不能和其他锁兼容。 

4.结构锁 

结构锁分为结构修改锁(Sch-M)和结构稳定锁(Sch-S)。执行表定义语言操作时,SQL Server采用Sch-M锁,编译查询时,SQL Server采用Sch-S锁。 

5.意向锁 

意 向锁说明SQL Server有在资源的低层获得共享锁或独占锁的意向。例如,表级的共享意向锁说明事务意图将独占锁释放到表中的页或者行。意向锁又可以分为共享意向锁、 独占意向锁和共享式独占意向锁。共享意向锁说明事务意图在共享意向锁所锁定的低层资源上放置共享锁来读取数据。独占意向锁说明事务意图在共享意向锁所锁定 的低层资源上放置独占锁来修改数据。共享式独占锁说明事务允许其他事务使用共享锁来读取顶层资源,并意图在该资源低层上放置独占锁。 

6.批量修改锁 

批量复制数据时使用批量修改锁。可以通过表的TabLock提示或者使用系统存储过程sp_tableoption的“table lock on bulk load”选项设定批量修改锁。 

另外,SQL Server命令语句操作会影响锁定的方式,语句的组合也同样能产生不同的锁定,详情如下表: 

锁冲突及其防止办法 

在数据库系统中,死锁是指多个用户(进程)分别锁定了一个资源,并又试图请求锁定对方已经锁定的资源,这就产生了一个锁定请求环,导致多个用户(进程)都处于等待对方释放所锁定资源的状态。 

在SQL Server中,系统能够自动定期搜索和处理死锁问题。系统在每次搜索中标识所有等待锁定请求的进程会话,如果在下一次搜索中该被标识的进程仍处于等待状态,SQL Server就开始递归死锁搜索。