文章目錄

• 一：可串行化調(diào)度
• 二：沖突可串行化調(diào)度
• • （1）沖突操作
  • （2）可串行化調(diào)度的充分條件：沖突可串行化
• 三：兩段鎖協(xié)議
• 四：封鎖的粒度
• • （1）概念
  • （2）選擇封鎖的原則
  • （3）多粒度封鎖
  • • A：多粒度樹
    • B：多粒度封鎖協(xié)議
  • （4）意向鎖

一：可串行化調(diào)度

可串行化調(diào)度：多個(gè)事務(wù)的并發(fā)執(zhí)行是正確的，當(dāng)且僅當(dāng)其結(jié)果與按某一次序串行地執(zhí)行這些事務(wù)時(shí)的結(jié)果相同，稱這種調(diào)度策略為可串行化(serializable)調(diào)度。可串行性是并發(fā)事務(wù)正確調(diào)度的準(zhǔn)則， 也即一個(gè)給定的并發(fā)調(diào)度，當(dāng)且僅當(dāng)它是可串行化的，才認(rèn)為是正確調(diào)度

例如，下面有兩個(gè)事務(wù)，分別包含下列操作

事務(wù)$T_1$： 讀B、A=B+1、寫回A；
事務(wù)$T_2$： 讀A、B=A+1、寫回B；

假設(shè)A、B初值均為2，兩個(gè)事務(wù)最多只有兩種串行執(zhí)行策略

• $T_1$->$T_2$：A=3，B=4
• $T_2$->$T_1$：A=4，B=3

因此事務(wù)$T_1$和$T_2$不管怎樣交叉并行運(yùn)行，只有兩種正確的結(jié)果（如上）。其他結(jié)果均是錯(cuò)誤的，相應(yīng)調(diào)度也稱之為不可串行化調(diào)度

二：沖突可串行化調(diào)度

（1）沖突操作

沖突操作：是指不同事務(wù)對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)的讀寫操作和寫寫操作。除此之外，其他操作均為不沖突操作

• $R_i(x)$與$W_j(x)$：事務(wù)$T_i$讀x，事務(wù)$T_j$寫x
• $W_i(x)$與$W_j(x)$：事務(wù)$T_i$寫x，事務(wù)$T_j$寫x

另外注意各種交換

• 不同事務(wù)的沖突操作不可交換
• 同一事務(wù)內(nèi)部的兩個(gè)操作不可交換
• 不同事務(wù)，同一數(shù)據(jù)的讀讀操作可以交換
• 不同事務(wù)，不同數(shù)據(jù)，無論讀寫均可交換

（2）可串行化調(diào)度的充分條件：沖突可串行化

沖突可串行化：一個(gè)調(diào)度SC在保證沖突操作的次序不變的情況下，通過交換兩個(gè)事務(wù)不沖突操作的次序得到另一個(gè)調(diào)度SC${}^{‘}$，如果SC${}^{‘}$是串行的，則稱調(diào)度SC為沖突可串行化的調(diào)度。若一個(gè)調(diào)度是沖突可串行化的，那么它一定是可串行化的調(diào)度

• 注意：沖突可串行化調(diào)度是可串行化調(diào)度的充分條件，不是必要條件。也就是說有可能某個(gè)調(diào)度是可串行調(diào)度，但它卻不是沖突可串行化調(diào)度

例如，現(xiàn)在有一個(gè)調(diào)度SC1=$r_1(A)w_1(A)r_2(A)w_2(A)r_1(B)w_1(B)r_2(B)w_2(B)$

考察兩個(gè)不同事務(wù)的交界處，看它是否滿足交換的條件

交換后SC1變?yōu)榱薙C2=$r_1(A)w_1(A)r_1(B)w_1(B)r_2(A)w_2(A)r_2(B)w_2(B)$，它等價(jià)于一個(gè)串行調(diào)度$T_1$->$T_2$，因此SC1是沖突可串行化調(diào)度，也一定是一個(gè)可串行化調(diào)度

三：兩段鎖協(xié)議

兩段鎖協(xié)議（2PL）：兩段鎖協(xié)議是三級(jí)封鎖協(xié)議的特例，目前DBMS普遍采用該種協(xié)議實(shí)現(xiàn)并發(fā)調(diào)度的可串行性。具體內(nèi)容如下

• 在對(duì)任何數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫操作之前，首先要申請(qǐng)并獲得對(duì)該數(shù)據(jù)的封鎖
• 在釋放一個(gè)封鎖之后，事務(wù)不再申請(qǐng)和獲得任何其他封鎖

其中“兩段”是指事務(wù)分為兩個(gè)階段

• 第一階段：獲得封鎖，也稱為擴(kuò)展階段
• 第二階段：釋放封鎖，也稱為收縮階段

另外還需要注意

• 事務(wù)遵守兩段鎖協(xié)議是可串行化調(diào)度的充分條件，而非必要條件
• 若并發(fā)事物都遵循兩段鎖協(xié)議，則對(duì)其的任何并發(fā)點(diǎn)都策略都是可串行化的
• 若對(duì)并發(fā)事務(wù)的一個(gè)調(diào)度是可串行化的，不一定所有事務(wù)都符合兩段鎖協(xié)議

最后注意區(qū)分兩段鎖協(xié)議和一次封鎖法

• 一次封鎖法要求每個(gè)事務(wù)必須一次將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，否則就不能繼續(xù)執(zhí)行，因此一次封鎖法遵守兩段鎖協(xié)議
• 但是兩段鎖協(xié)議并不要求事務(wù)必須一次將所有要使用的數(shù)據(jù)全部加鎖，因此遵守兩段鎖協(xié)議的事務(wù)可能發(fā)生死鎖

四：封鎖的粒度

（1）概念

封鎖粒度(granularity)：是指封鎖對(duì)象的大小。封鎖對(duì)象可以是邏輯單元，也可以是物理單元。封鎖粒度與系統(tǒng)并發(fā)度和并發(fā)控制的開銷密切相關(guān)，一般來說，封鎖粒度越大，數(shù)據(jù)庫所能封鎖的數(shù)據(jù)單元就越少，并發(fā)度越小，開銷越小

• 邏輯單元：元組、關(guān)系、整個(gè)數(shù)據(jù)庫等
• 物理單元：頁（數(shù)據(jù)頁或索引頁）、物理記錄等

（2）選擇封鎖的原則

• 需要處理多個(gè)關(guān)系的大量元組的用戶事務(wù)時(shí)以數(shù)據(jù)庫為封鎖單位
• 需要處理大量元組的用戶事務(wù)時(shí)以關(guān)系為封鎖單元
• 只處理少量元組的用戶事務(wù)時(shí)以元組為封鎖單位

（3）多粒度封鎖

多粒度封鎖：在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)支持多種封鎖粒度供不同的事務(wù)選擇

A：多粒度樹

多粒度樹是以樹形結(jié)構(gòu)來表示多級(jí)封鎖粒度的方法

• 根結(jié)點(diǎn)是整個(gè)數(shù)據(jù)庫，表示最大的數(shù)據(jù)粒度
• 葉結(jié)點(diǎn)表示最小的數(shù)據(jù)粒度

B：多粒度封鎖協(xié)議

多粒度封鎖協(xié)議：允許多粒度樹中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)被獨(dú)立地加鎖，對(duì)一個(gè)結(jié)點(diǎn)加鎖意味著這個(gè)結(jié)點(diǎn)的所有后裔結(jié)點(diǎn)也會(huì)被加上相同類型的鎖。因此，在多粒度封鎖中一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象可能存在如下兩種封鎖方式

• 顯式封鎖：直接加到數(shù)據(jù)庫對(duì)象上的封鎖
• 隱式封鎖：由于上級(jí)結(jié)點(diǎn)加鎖而使該數(shù)據(jù)對(duì)象也被加鎖

多粒度封鎖方法中，顯式封鎖和隱式封鎖的效果是一樣的，因此系統(tǒng)檢查封鎖沖突時(shí)不僅要檢查顯式封鎖還要檢查隱式封鎖

• 例如事務(wù)$T$要對(duì)關(guān)系$R_1$加$X$鎖，系統(tǒng)必須搜索其上級(jí)結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系$R_1$以及$R_1$的下級(jí)結(jié)點(diǎn)，即$R_1$中的每一個(gè)元組，上下搜索。如果其中某一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象已經(jīng)加了不相容鎖，則$T$必須等待

（4）意向鎖

• 一般地，對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加鎖，系統(tǒng)要檢查該數(shù)據(jù)對(duì)象上有無顯式封鎖與之沖突:再檢查其所有上級(jí)結(jié)點(diǎn)，看本事務(wù)的顯式封鎖是否與該數(shù)據(jù)對(duì)象上的隱式封鎖(即由于上級(jí)結(jié)點(diǎn)已加的封鎖造成的)沖突;還要檢查其所有下級(jí)結(jié)點(diǎn)，看它們的顯式封鎖是否與本事務(wù)的隱式封鎖(將加到下級(jí)結(jié)點(diǎn)的封鎖)沖突
• 可以看出，這樣的檢查方法效率很低，因此意向鎖由此誕生

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意向鎖：如果對(duì)一個(gè)結(jié)點(diǎn)加意向鎖，則說明該結(jié)點(diǎn)的下層結(jié)點(diǎn)正在被加鎖；對(duì)任一結(jié)點(diǎn)加鎖時(shí)，必須先對(duì)它的上層結(jié)點(diǎn)加意向鎖。有如下三種常用的意向鎖

• 意向共享鎖（IS鎖）：如果對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加IS鎖，表示它的后裔結(jié)點(diǎn)擬(意向)加S鎖
• 意向排他鎖（IX鎖）：如果對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加IX鎖，表示它的后裔結(jié)點(diǎn)擬(意向)加X鎖
• 共享意向排他鎖（SIX鎖）：如果對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象加SIX鎖，表示對(duì)它加S鎖，再加IX鎖，即SIX=S+IX

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鎖相容矩陣

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的（数据库系统概论|王珊）第十一章并发控制-第五、六、七节：并发调度的可串行性、两段锁协议和封锁的粒度的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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