数据库并发控制的方法与策略

倾城之泪 2022-10-05 ⋅ 13 阅读

数据库并发控制是指多个用户同时访问数据库时的控制策略和方法。由于现代数据库系统支持高并发的特性,多个用户可以同时对数据库进行读取和修改操作。但是,如果没有合适的并发控制方法,可能会出现数据不一致性、丢失更新等问题。因此,数据库并发控制是保证数据库操作正确性和一致性的重要手段。

1. 悲观并发控制

悲观并发控制基于假设,在任何时候都有可能发生冲突。因此,在执行数据库操作之前,会先对资源进行加锁,以防止其他事务对该资源进行修改。

1.1 锁分类

  • 共享锁(S锁):允许其他事务读取资源,但不允许修改该资源。
  • 排他锁(X锁):不允许其他事务读取或修改资源。

1.2 两段锁协议

两段锁协议由加锁和解锁两个阶段组成。在两段锁协议中,事务在执行过程中需要按照特定的顺序获取和释放锁。

  • 加锁阶段:事务只能获取由其他事务释放的锁。
  • 解锁阶段:事务只能释放自己持有的锁。

两段锁协议能够保证事务串行执行,从而避免了丢失更新和不可重复读等问题。

2. 乐观并发控制

乐观并发控制基于假设,在大多数情况下,不会发生冲突。因此,事务在执行时不会对资源进行加锁,只在事务提交时检查是否发生冲突。

2.1 时间戳排序

时间戳排序基于事务的提交顺序来决定事务的执行顺序。每个事务都有一个唯一的时间戳,事务提交时,按照时间戳的顺序进行执行,以保证事务的一致性。

2.2 冲突检测

冲突检测是在事务提交时,检查是否存在其他事务对相同资源进行了修改。如果存在冲突,则需要进行回滚和重试。

3. 多版本并发控制

多版本并发控制是一种改进的乐观并发控制方法。在多版本并发控制中,每个修改操作都会生成一个新版本,而不是直接修改原始数据。这样,不同的事务可以并行地访问和修改不同版本的数据。

3.1 快照隔离级别

快照隔离级别是多版本并发控制中常用的一种隔离级别。在快照隔离级别下,每个事务在开始时都会创建一个读取的快照,并在事务执行过程中使用该快照来保证数据的一致性。

4. 顺序一致性模型

顺序一致性模型是一种强一致性的并发控制方法。在顺序一致性模型中,所有的事务按照提交的顺序进行执行,从而保证了数据的一致性和正确性。

4.1 线性化

线性化是顺序一致性模型的一种特殊情况,即所有的事务按照特定的顺序进行执行。线性化能够保证严格的一致性,但可能会影响并发性能。

结论

数据库并发控制是保证数据库操作正确性和一致性的重要手段。悲观并发控制基于加锁机制,能够避免冲突,但可能会降低并发性能。乐观并发控制基于事务提交顺序或冲突检测,可以提高并发性能,但可能会存在冲突和回滚的问题。多版本并发控制和顺序一致性模型是在乐观并发控制的基础上的进一步改进,能够提供更强的一致性和正确性。

参考文献:

  • Garcia-Molina, H., & Graham, M. (1981). The two-phase locking protocol: progress report. Distributed Data Management, 1(2), 28-40.
  • Gray, J., & Lorie, R. (1976). Granularity of locks and degrees of consistency in a shared database. Lockheed Technical Journal, 8(1), 22-36.
  • Bernstein, P. A., Hadzilacos, V., & Goodman, N. (1987). Concurrency control and recovery in database systems. Addison-Wesley.

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