数据库中的并发控制

并发操作带来的数据不一致性

1、并发控制:为了保证事务的隔离性和一致性，数据库管理系统需要对并发操作进行正确调度

并发控制的主要技术有:封锁、时间戳、乐观控制法、多版本并发控制等
并发操作带来的数据不一致性:
① 丟失修改:两个事务 T1 和 T2 读入同一数据并修改，T2 提交的结果破坏了 T1 提交的结果，导致T1的修改被丢失
② 不可重复读:指事务 T1 读取数据后，事务 T2 执行更新操作，使 T1 无法再现前一次读取结果
③ 读脏数据:事务 T1修改某一数据后并将其写回磁盘，事务 T2 读取同一数据后，T1 由于某种原因被撤销，这时T1 修改过的数据恢复原值，T2 读到的数据就与数据库中的数据不一致

2、并发控制的基本方法:封锁(X锁、S 锁)

① 排他锁/写锁，X锁
若事务T对数据对象 A加上X锁，则只允许事务T读取和修改 A
事务T释放 A 上的锁之前:其他事务不能读取和修改 A，不能再对 A 加任何类型的锁
② 共享锁/读锁，S 锁
若事务T对数据对象 A加上S锁，则事务T 可以读取 A，但不能修改 A
事务T释放A 上的S锁之前:其他事务可以读取 A，可以对A加S锁，但不能修改 A，也不能对A加X锁

3、封锁协议:约定何时申请X锁/S 锁、持续时间、何时释放等等

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
②二级封锁协议
事务 T 在修改数据 R 之前必须先对其加 X锁(一级封锁协议)，并且其他事务在读取数据之前必须先对其加S锁，读完后即可释放 S锁
③三级封锁协议
事务 丅 在修改数据 R 之前必须先对其加 X锁(一级封锁协议)，并且其他事务在读取数据之前必须先对其加S锁，直到事务结束才释放(二级封锁协议是读完就能释放)
不同级别的封锁协议和一致性保证：

封锁协议对一致性保证的原理

数据库中的封锁协议，通常分为一级封锁协议、二级封锁协议和三级封锁协议。它们用于控制并发事务之间的访问，确保数据库的一致性和隔离性。不同的封锁协议提供不同的保证，下面逐一解释这些协议如何影响事务的行为以及它们提供的保证。

一级封锁协议 (1PL, 一级封锁协议)

一级封锁协议要求事务在访问任何数据之前，对数据加上共享锁或排他锁。事务的锁会在操作过程中进行管理，直到事务结束时才会释放。一级封锁协议的特点是：

• 不丢失修改：确保一个事务对数据的修改在事务提交之前不会被其他事务看到，因此可以避免丢失修改的问题。
• 不能保证不读脏数据：由于该协议可能在事务执行过程中读取到其他未提交事务的数据，因此会存在脏读问题，即一个事务可能读到另一个事务未提交的修改。
• 不能保证可重复读：由于可能读取到事务未提交的数据，因此在事务执行过程中，后续的读取操作可能会得到不同的结果，造成不可重复读问题。

示例：
1.事务1读取数据 X，然后事务2修改了 X，并提交。
2.事务1继续操作，但它的读取操作可能看到事务2未提交的数据。

这种协议在并发环境下可能导致数据不一致的问题。

二级封锁协议 (2PL, 二级封锁协议)

二级封锁协议要求每个事务在操作过程中，逐步释放所持有的锁，直到所有操作完成时才释放所有锁。这可以避免一个事务中途释放锁导致其他事务访问未提交的数据。

• 不丢失修改：通过持有锁，确保一个事务对数据的修改在提交之前不会被其他事务干扰。
• 不读脏数据：因为事务必须先获取锁才能读取数据，因此它不会读取到其他事务尚未提交的更改，从而避免了脏读。
• 不能保证可重复读：即使事务持有锁并且不读脏数据，但如果在事务执行过程中，其他事务修改了数据并提交，那么事务中后续的读取操作也可能得到不同的结果，导致不可重复读的问题。

示例：
1.事务1获取了对数据 X 的锁，并开始读取数据。
2.事务2试图修改 X，但必须等到事务1释放锁才能操作。
3.事务1完成后释放锁，但事务2的修改可能会影响事务1后续读取的结果，从而出现不可重复读。

三级封锁协议 (3PL, 三级封锁协议)

三级封锁协议在二级封锁协议的基础上，进一步要求事务在访问数据时不仅要求加锁，而且要求对数据的锁必须满足“严格”的事务隔离策略，即加锁和解锁的顺序严格遵循一定规则，以避免“不可重复读”的情况。

• 不丢失修改：由于严格的锁管理，保证事务提交之前的修改不会丢失。
• 不读脏数据：因为事务必须持有锁并且不能提前释放，因此避免了读取其他事务未提交的数据。
• 可重复读：通过在整个事务过程中保持锁的严格管理，事务在执行期间读取到的数据始终保持一致，确保了可重复读。

示例：
1.事务1获取数据 X 的锁，并开始读取数据。
2.事务2修改了 X，但事务1仍然保持对 X 的锁，直到事务1完成并提交。
3.事务1在整个过程中读取到的数据始终一致，无论其他事务是否对数据进行了修改。

三级封锁协议通过增加事务之间的锁定规则，保证了“可重复读”的特性，从而避免了事务间的不可重复读问题。

总结

小结：

• 一级封锁协议：不丢失修改，但不能保证不读脏数据和可重复读。
• 二级封锁协议：可以避免脏读，并且不丢失修改，但不能保证可重复读。
• 三级封锁协议：可以保证不丢失修改、不读脏数据并且保证可重复读。

事务1获取数据 X 的锁，并开始读取数据。
事务2修改了 X，但事务1仍然保持对 X 的锁，直到事务1完成并提交。
事务1在整个过程中读取到的数据始终一致，无论其他事务是否对数据进行了修改。

在这个示例中，事务2是不是只有等事务1完成提交并释放共享锁之后，才能对数据X进行加排他锁然后再修改，否则一直无法修改数据X的值？

是的，在这个示例中，如果事务1保持对数据 X 的共享锁（通常是 共享锁（S锁）），事务2就不能立即对数据 X 加排他锁（排他锁（X锁））来进行修改，直到事务1完成并提交并释放共享锁为止。
详细解释：
1.事务1获取共享锁：

• 当事务1对数据 X 加上共享锁（S锁）时，表示它只想读取数据而不进行修改。共享锁允许其他事务读取数据（即它们可以同时获取共享锁），但不允许其他事务对该数据进行修改。
• 在事务1持有共享锁的期间，任何想要对数据 X 进行修改的事务（如事务2）都无法获取排他锁。

2.事务2尝试修改数据：

• 事务2试图修改 X，这通常需要对 X 加排他锁（X锁）。排他锁会阻止其他事务（无论是读取还是写入）访问该数据。
• 由于事务1持有共享锁，事务2无法获取排他锁，事务2必须等到事务1释放共享锁之后，才能获取排他锁并修改数据。

3.事务1提交并释放共享锁：

• 事务1在完成操作后提交，并释放它对数据 X 的共享锁。
• 一旦事务1释放共享锁，事务2就能够获取排他锁（X锁），并开始修改数据 X。

总结：
在事务1持有共享锁期间，事务2无法对数据 X 进行修改，因为它需要获取排他锁，而排他锁无法与共享锁并存。事务2只有等到事务1提交并释放共享锁之后，才能获取排他锁并修改数据 X。