《数据库系统概论》- 课本理论整理08之并发控制（concurrency control)

多个用户 并发 存取DB时 ===》 会有产生多个事务同时存取同一数据的情况。
并发操作不加控制就会存取不正确的数据 ===》 破坏事务的一致性和DB的一致性。
因此DBMS提供并发控制保证DB中的数据安全性和完整性。

并发控制概述

事务是并发控制的单位，而保证事务的ACID特性是事务处理的重要任务。
事务的ACID特性遭到破坏的原因之一： 多个事务对DB并发操作造成的。
为了保证事务的一致性和隔离性，DBMS对并发操作进行正确的调度。

[案例： 飞机订票系统的一个活动序列]

① 甲售票点（事务T1)读出某航班的机票余额A， 设A=16；
② 乙售票点（事务T2)读出同一航班的机票余额A, 也为16；
③ 甲售票点卖出一张票，修改余额 A <== (A - 1)，A为15，将A写回DB； // T1事务修改被丢失
④ 乙售票点卖出一张票，修改余额 A <== (A - 1), A为15，将A写回DB; // T2事务修改A随后覆盖T1事务的修改

结果明明卖出两张机票，DB中机票余额只减少1.

这种情况称之为DB的不一致性，这种不一致性是【并发操作】引起的。
并发操作带来的数据不一致性（unconsistency) ==> 丢失修改、不可重复读和读“脏”数据

导致数据不一致性的原因主要是： 【并发操作破坏事务的隔离性（isolation)】

并发控制机制即用正确的方式调度并发操作，使一个用户事务的执行不受其他事务的干扰，从而避免数据的不一致性。

并发控制的主要技术

1. 🔒封锁(locking)
2. ⏰时间戳(timestamp)
3. 🪂乐观控制法(optimistic schedular)
4. 🚉多版本并发控制(multi-version concurrency control, MVCC)

封锁（locking)

封锁即事务T在对某个数据对象eg: 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就对该数据对象具有一定的控制，在事务T释放它的锁之前，其他事务不能更新此数据对象

封锁协议(locking protocol)

1. 一级封锁协议 - 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】。 事务结束 =》 正常结束（COMMIT）和非正常结束（ROLLBACK）

2. 二级封锁协议 - 在一级协议基础上增加事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，【读完后即释放S锁】

3. 三级封锁协议 - 在一级协议基础上增加事务T在读取数据R之前必须先对其加S锁，【直到事务结束才释放】

活锁（livelock）- 指的是任务或者执行者没有被阻塞，由于某些条件没有满足，导致一直重复尝试—失败—尝试—失败的过程

[案例]

事务T1封锁数据R
  - 此时事务T2请求封锁数据R，T2等待
  - 此时事务T3请求封锁数据R，T3等待
事务T1释放数据R上的锁
  - 系统首先批准T3的请求
        - 此时事务T3封锁数据R
              - T2等待
              - T4请求封锁数据R，T4等待
事务T3释放数据R上的锁
  - 系统首先批准T4的请求
        - 此时事务T4封锁数据R  
              - T2等待
              =》 依次类推， T2有可能永远等待下去。

★ 避免活锁 =》 【先来先服务】 当多个事务请求封锁同一数据对象时，封锁子系统按请求封锁的先后次序对事务排队，数据对象上的锁🔒一旦释放就批准申请队列中第一个事务获得锁。

死锁（deadlock）- 两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。

- 事务T1封锁数据R1， 事务T2封锁数据R2
   - 事务T1又请求封锁数据R2，事务T2又请求封锁数据R1
     - 事务T1等待T2释放R2上的锁， 事务T2又申请封锁R1，因为T1已经封锁R1则T2只能等待T1释放R1上的锁
>>> T1在等待T2， T2又在等待T1的局面，T1、T2两个事务永远不能结束，最终形成死锁。

解决死锁的方法

1. 一次封锁法 - 要求每个事务必须一次将所有要使用的数据全部加锁，否则就不继续执行。 缺点：降低DBS中并发度

2. 顺序封锁法 - 要求每个事务顺序执行

多版本并发控制（Multi Version Concurrency Control, MVCC) - 在DB中通过维护数据对象的多个版本信息来实现【高效并发控制】

【版本】指DB中数据对象的一个快照，记录了数据对象某个时刻的状态。

计算机存储设备成本降低 =》 为DBS中的数据库对象保留多个版本。
[案例]

- 一个数据对象A有两个事务， T1是写事务， T2是读事务
    - 假定先启动T1后启动T2， T2事务必须等待事务T1执行结束释放A上的封锁后才获得对A的封锁。（T1和T2实串行执行）

多版本并发控制利用【物理存储】上的【多版本】来维护数据的一致性。

多版本并发控制和封锁控制相比最大的好处在于： 消除DB中数据对象 读 和 写操作的冲突，有效提高系统的性能。

总结

1. DB的重要特征： 【为多个用户提供数据共享】
2. DBMS提供【并发控制机制】来协调【并发用户】的【并发操作】以保证【并发事务】的【隔离性】和【一致性】从而保证DB的一致性。
3. DB的并发控制以【事务】为单位，通常使用【封锁技术】实现并发控制。