【数据库】数据库基于封锁机制的调度器,使冲突可串行化,保障事务和调度一致性

本文主要是介绍【数据库】数据库基于封锁机制的调度器,使冲突可串行化,保障事务和调度一致性,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

封锁使可串行化

专栏内容

  • 手写数据库toadb
    本专栏主要介绍如何从零开发,开发的步骤,以及开发过程中的涉及的原理,遇到的问题等,让大家能跟上并且可以一起开发,让每个需要的人成为参与者。
    本专栏会定期更新,对应的代码也会定期更新,每个阶段的代码会打上tag,方便阶段学习。

开源贡献

  • toadb开源库

个人主页:我的主页
管理社区:开源数据库
座右铭:天行健,君子以自强不息;地势坤,君子以厚德载物.

文章目录

  • 封锁使可串行化
  • 前言
  • 概述
  • 封锁调度器
  • 两阶段封锁
    • 原理
    • 分析
  • 死锁
  • 总结
  • 结尾

前言

随着信息技术的飞速发展,数据已经渗透到各个领域,成为现代社会最重要的资产之一。在这个大数据时代,数据库理论在数据管理、存储和处理中发挥着至关重要的作用。然而,很多读者可能对数据库理论感到困惑,不知道如何选择合适的数据库,如何设计有效的数据库结构,以及如何处理和管理大量的数据。因此,本专栏旨在为读者提供一套全面、深入的数据库理论指南,帮助他们更好地理解和应用数据库技术。

数据库理论是研究如何有效地管理、存储和检索数据的学科。在现代信息化社会中,数据量呈指数级增长,如何高效地处理和管理这些数据成为一个重要的问题。同时,随着云计算、物联网、大数据等新兴技术的不断发展,数据库理论的重要性日益凸显。

因此,本专栏的分享希望可以提高大家对数据库理论的认识和理解,对于感兴趣的朋友带来帮助。

概述

数据库并发控制,最常用的调度器结构,就是在数据库访问元素上加锁,防止非串行化的行为。

简单来讲,就是事务访问某个元素,先获取它的锁,避免其它事务的非串行化访问。

本文就来介绍这种通过封锁的模式,让调度器产生可串行化动作序列,以及它存在的问题。

在并发编程中,我们会接触到很多类型的系统变量,可以让我们对某一代码区域串行化执行,同样数据库中也会使用这些系统变量来实现数据库中的锁。

使得被锁保护的数据库元素,只能以串行的方式访问,在访问之前获取锁,如果获取不同,只能等待或者中止,获取到锁的就可以进行操作,操作完后释放锁。
在实际的数据库中,会有多种锁的类型,这在以后会进行详细介绍。

对于调度器使用锁时,必须在两种结构上都要保持正确:

  • 事务结构,

一是只有在加锁后,释放锁前,才能进行读写操作;
二是如果加锁了某个元素,那么使用后必须释放锁;

  • 调度结构

同一元素只能被一个事务加锁;而另一尝试加锁事务,要么中止,要么等待;这在不同的数据库实现不一样。

封锁调度器

下图展示了一个封锁的调度器模型架构。
在这里插入图片描述

我们来用一个简单的锁模型介绍一下,假如对于每个数据库元素我们只有一种锁,必须获取锁后才能进行读写,使用完后释放锁。

为了调度器进行决策,调度器有一个锁表,记录了每个数据库元元系的锁状态,如果其上有锁,说明有事务正在使用该数据库元素,其它事务不能访问。

  • 举例如下:
事务T1事务T2数据A数据B
2525
lock(A); read(A);
A = A + 100
write(A); unlock(A);125
lock(A), read(A)
A = A*2
write(A);unlock(A)250
lock(B); read(B);
B = B*2
write(B);unlock(B);50
lock(B); read(B);
B = B + 100
write(B);unlock(B);150

通过这个例子,我们看到一个有趣的现象,虽然调度器已经使事务访问时加了锁,事务对相同的数据库元素也是串行访问,但是最终的调度是不可串行化的,最后状态是不一致的。

说明只是简单封锁,例中的结果不是冲突可串行化的结果。

两阶段封锁

这里介绍一种加锁的条件,叫做两阶段封锁(two-phase locking, 2PL),在这种令人吃惊的条件下,可以保证事务的调度是冲突可串性化的。

原理

两阶段封锁,加解锁需要满足这样的条件:

  • 在每个事务中,所有的封锁请求必须在所有解锁请求之前;

这里就是将事务分为了两个阶段,

  • 第一阶段是封锁阶段,在这个阶段,对需要访问的数据库元素依次加锁;
  • 第二阶段是解锁阶段,这个阶段里,不能再有封锁请求;依次释放锁的过程;

两阶段封锁,像事务一致性一样,对事务中动作顺序进行了限制,符合这一条件的事务,叫做两阶段封锁事务。

  • 举例

那我们再来看上面的例子,将它按2PL进行调度之后:

事务T1事务T2数据A数据B
2525
lock(A); read(A);
A = A + 100
write(A); lock(B); unlock(A);125
lock(A), read(A)
A = A*2
write(A);250
lock(B); 被拒绝
read(B);
B = B + 100
write(B);unlock(B);125
lock(B); unlock(A); read(B);
B = B*2
write(B);unlock(B);250

经过符合2PL条件的调度后,我们可以看到最终结果是符合冲突可串行化的,也就是与两个事务串行执行一样的结果。

分析

两阶段封锁是如何发挥作用的呢?

其实我们仔细观察,就会发现,事务执行的顺序与第一次解锁的顺序是一致的,也就是事务按照解锁的顺序串行在每个数据库元素上执行,这样保证了串行执行的效果,达到了冲突可串行化。

当然严格的可以用归纳法进行证明,这里就不再详述了。

死锁

两阶段封锁虽然可以让事务调度达到冲突可串行化,但是它有一个未解的问题——死锁,也就是调度器迫使几个事务等待另一个事务持有的锁,而该事务又需要等待前几个事务持有的锁。

举例如下:

事务T1事务T2数据A数据B
2525
lock(A); read(A);
lock(B); read(B);
A = A + 100
B = B*2
write(A);125
write(B);50
lock(B) 被拒绝
lock(A) 被拒绝

现在,两个事务都不能继续向下进行,都将永远等待,这将在后面的介绍中继续分享,会对这种问题进行解决。

总结

通过封锁的模式,可以让调度器产生冲突可串行化的调度,但是对于每个事务中涉及多个数据库元素的情况时,又存在死锁的风险。

结尾

非常感谢大家的支持,在浏览的同时别忘了留下您宝贵的评论,如果觉得值得鼓励,请点赞,收藏,我会更加努力!

作者邮箱:study@senllang.onaliyun.com
如有错误或者疏漏欢迎指出,互相学习。

这篇关于【数据库】数据库基于封锁机制的调度器,使冲突可串行化,保障事务和调度一致性的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/448534

相关文章

C++如何通过Qt反射机制实现数据类序列化

《C++如何通过Qt反射机制实现数据类序列化》在C++工程中经常需要使用数据类,并对数据类进行存储、打印、调试等操作,所以本文就来聊聊C++如何通过Qt反射机制实现数据类序列化吧... 目录设计预期设计思路代码实现使用方法在 C++ 工程中经常需要使用数据类,并对数据类进行存储、打印、调试等操作。由于数据类

Linux之计划任务和调度命令at/cron详解

《Linux之计划任务和调度命令at/cron详解》:本文主要介绍Linux之计划任务和调度命令at/cron的使用,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录linux计划任务和调度命令at/cron一、计划任务二、命令{at}介绍三、命令语法及功能 :at

数据库面试必备之MySQL中的乐观锁与悲观锁

《数据库面试必备之MySQL中的乐观锁与悲观锁》:本文主要介绍数据库面试必备之MySQL中乐观锁与悲观锁的相关资料,乐观锁适用于读多写少的场景,通过版本号检查避免冲突,而悲观锁适用于写多读少且对数... 目录一、引言二、乐观锁(一)原理(二)应用场景(三)示例代码三、悲观锁(一)原理(二)应用场景(三)示例

Node.js 数据库 CRUD 项目示例详解(完美解决方案)

《Node.js数据库CRUD项目示例详解(完美解决方案)》:本文主要介绍Node.js数据库CRUD项目示例详解(完美解决方案),本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考... 目录项目结构1. 初始化项目2. 配置数据库连接 (config/db.js)3. 创建模型 (models/

SpringRetry重试机制之@Retryable注解与重试策略详解

《SpringRetry重试机制之@Retryable注解与重试策略详解》本文将详细介绍SpringRetry的重试机制,特别是@Retryable注解的使用及各种重试策略的配置,帮助开发者构建更加健... 目录引言一、SpringRetry基础知识二、启用SpringRetry三、@Retryable注解

通过Spring层面进行事务回滚的实现

《通过Spring层面进行事务回滚的实现》本文主要介绍了通过Spring层面进行事务回滚的实现,包括声明式事务和编程式事务,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下... 目录声明式事务回滚:1. 基础注解配置2. 指定回滚异常类型3. ​不回滚特殊场景编程式事务回滚:1. ​使用 TransactionT

SpringKafka错误处理(重试机制与死信队列)

《SpringKafka错误处理(重试机制与死信队列)》SpringKafka提供了全面的错误处理机制,通过灵活的重试策略和死信队列处理,下面就来介绍一下,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下... 目录引言一、Spring Kafka错误处理基础二、配置重试机制三、死信队列实现四、特定异常的处理策略五

Spring Security基于数据库的ABAC属性权限模型实战开发教程

《SpringSecurity基于数据库的ABAC属性权限模型实战开发教程》:本文主要介绍SpringSecurity基于数据库的ABAC属性权限模型实战开发教程,本文给大家介绍的非常详细,对大... 目录1. 前言2. 权限决策依据RBACABAC综合对比3. 数据库表结构说明4. 实战开始5. MyBA

Ubuntu中远程连接Mysql数据库的详细图文教程

《Ubuntu中远程连接Mysql数据库的详细图文教程》Ubuntu是一个以桌面应用为主的Linux发行版操作系统,这篇文章主要为大家详细介绍了Ubuntu中远程连接Mysql数据库的详细图文教程,有... 目录1、版本2、检查有没有mysql2.1 查询是否安装了Mysql包2.2 查看Mysql版本2.

Oracle数据库常见字段类型大全以及超详细解析

《Oracle数据库常见字段类型大全以及超详细解析》在Oracle数据库中查询特定表的字段个数通常需要使用SQL语句来完成,:本文主要介绍Oracle数据库常见字段类型大全以及超详细解析,文中通过... 目录前言一、字符类型(Character)1、CHAR:定长字符数据类型2、VARCHAR2:变长字符数