数据库14-事务与并发调度

事务并发

某些突发故障可能导致数据库产生不一致的结果；并发执行应用可以提高性能，但是有可能带来数据操作结果不符合预期 数据库的更新：

• 读数据库：将数据库中数据先从磁盘读入内存，然后再将值赋予另一个变量；
• 写数据库：现将变量的值写入内存，然后再有内存写入磁盘；
• 数据库更新应该权衡减少在磁盘上的I/O&防止数据不一致

概念

事务是用户定义的一个数据库操作序列

• 这些工作是原子的，要么全做，要么全不做，是不可分割的工作单位；
• 一个事务可以是一条SQL语句，一组SQL语句或整个程序
• 一个应用程序可以包含事务

定义

在SQL中可以显式定义

BEGIN TRANSACTION 
	<SQL1>
	<…>
	COMMIT|ROLLBACK
END TRANSACTION

没有显式定义事务时，DBMS按缺省方式自动划分事务

特性ACID

• 原子性Atomicity：
  • 事务的所有操作在数据库中要么全部正确反映，要么全部不反应；
  • 系统崩溃后，DBMS将恢复或撤销系统崩溃前处于活动状态的事务对数据库产生的影响，从而保证事务的原子性
  • 事务管理部件处理
• 一致性Consistency：
  • 事务完成时，必须所有数据具有一致的状态；
  • 一般由开发者确保
• 隔离性Isolation：
  • 当多个事务并发执行时，一个事务的执行不能被其他事务干扰
  • 解决前面提到的并发执行带来的错误问题
  • 交错调度的效果应该和某个串行调度结果是一致的
  • 并发控制部件处理
• 持续性Durability：
  • 一个事务一旦提交，它对数据库中的数据的改变应该是永久性的，即使系统可能出现故障
  • 恢复管理部件负责

事务并发

概念

并发执行的优点：改善系统的资源利用率，减少短事务的等待时间 调度：一个或者多个事务的操作按时间排序的一个序列 不受控制的事务调度问题：

• 丢失更新
• 读脏数据
• 不可重复读
• 幻读

原因：事务ACID特性中隔离性被破坏

隔离级别

如何实现事务隔离？

• 串行：每个事务一次顺序执行
• 并行但控制：事务之间并发执行，收到DBMS调整事务调度

读未提交Read Uncommitted

一个事务可以读取另一个未提交事务的数据

读提交Read Committed

一个事务要等另一个事务提交后才能读取数据

重复读Repeatable Read

在开始读数据时，不允许修改操作

序列化Serializable

最高的事务隔离级别，事务在这个级别下串行化执行，在该级别下性能最低

可串行化调度

概念

事务交叉调度结果与某一个串行调度结果相同 调度可串行化意味着保持着数据库的一致性，DBMS需要事务调度管理

• 事务并发完全交给操作系统并不可靠
• 调度不一定能保持数据库一致
• DBMS对事务运行加以控制，确保一致性

数学化表示

指令冲突

指令冲突性：调度中两个事务发生冲突，意味着

• 必须对同一数据对象进行操作
• 两个指令有一个写操作

冲突等价：对于调度S中属于不同事务的两条操作指令是不冲突的，则可以交换两条指令的执行顺序，得到一个新的调度S‘，称两个调度冲突等价

冲突可串行化：若一个冲突等价于一个串行调度，则这个调度是冲突可串行化的；

• 冲突可串行是可串行性的充分条件

视图等价：对于同一事务集，若两个调度和视图等价

• 在任何事务保证美俄事务读取相同的值，
• 写入数据库最终状态也是一样的；

视图可串行化：若某个调度视图等价于一个串行调度，则称这个调度是视图可串行化的；

• 若调度是冲突可串行化的，则一定是视图可串行化的
• 反之未必

前驱图precedence graph

定义有向前驱图

• 顶点为调度S的事务

• 表示先于对应的指令执行，且二者存在某一对冲突指令

• 若前驱图存在环，则调度S不是可串行化的；

• 若前驱图不存在环，表示调度是冲突可串行化的

• 一个拓扑排序意味调度一个等价的串行调度