DBMS - 并发控制

在可以同时执行多个事务的多道程序环境中，控制事务的并发性非常重要。 我们有并发控制协议来确保并发事务的原子性、隔离性和可序列化性。 并发控制协议大致可以分为两类 −

• 基于锁的协议
• 基于时间戳的协议

基于锁的协议

配备基于锁的协议的数据库系统使用一种机制，通过该机制，任何事务在获得适当的锁之前都无法读取或写入数据。 锁有两种 −

• 二进制锁 − 数据项上的锁可以处于两种状态； 它要么被锁定，要么被解锁。

• 共享/独占 − 这种类型的锁定机制根据其用途区分锁。 如果在数据项上获取锁以执行写操作，则它是排他锁。 允许多个事务写入同一数据项会导致数据库进入不一致状态。 读取锁是共享的，因为没有数据值被更改。

有四种类型的锁定协议可用 −

简单锁协议

简单的基于锁的协议允许事务在执行"写"操作之前获得每个对象的锁。 事务可能会在完成"写入"操作后解锁数据项。

预声明锁协议

预声明协议会评估其操作并创建需要锁定的数据项列表。 在开始执行之前，事务预先向系统请求它需要的所有锁。 如果所有的锁都被授予，则事务执行并在其所有操作结束时释放所有锁。 如果未授予所有锁，则事务回滚并等待直到授予所有锁。

两相锁定 2PL

此锁定协议将事务的执行阶段分为三个部分。 在第一部分中，当事务开始执行时，它会为其所需的锁寻求许可。 第二部分是事务获取所有锁的地方。 一旦事务释放了它的第一个锁，第三阶段就开始了。 在这个阶段，事务不能要求任何新的锁； 它只释放获取的锁。

两阶段锁有两个阶段，一个是增长，所有的锁都被事务获取； 第二阶段是收缩，事务持有的锁被释放。

要申请排他（写）锁，事务必须首先获取共享（读）锁，然后将其升级为排他锁。

严格的两相锁定

Strict-2PL 的第一阶段与 2PL 相同。 在第一阶段获得所有锁后，事务继续正常执行。 但与 2PL 相比，Strict-2PL 在使用后不会释放锁。 Strict-2PL 持有所有锁直到提交点，并一次释放所有锁。

Strict-2PL 没有像 2PL 那样的级联中止。

基于时间戳的协议

最常用的并发协议是基于时间戳的协议。 该协议使用系统时间或逻辑计数器作为时间戳。

基于锁的协议在执行时管理事务之间冲突对之间的顺序，而基于时间戳的协议在事务创建后立即开始工作。

每个事务都有一个与之关联的时间戳，并且排序由事务的年龄决定。 在 0002 时钟时间创建的事务将比它之后的所有其他事务更早。 例如，任何在 0004 进入系统的事务 'y' 都会年轻两秒，并且优先级将给予较早的事务。

此外，每个数据项都被赋予了最新的读写时间戳。 这让系统知道对数据项执行最后一次"读取和写入"操作的时间。

时间戳排序协议

时间戳排序协议可确保事务在其冲突的读写操作中的可串行化。 这是协议系统的责任，应该根据事务的时间戳值执行冲突的任务对。

• 事务T_i的时间戳记为TS(T_i)。
• 数据项 X 的读取时间戳记为 R-timestamp(X)。
• 数据项 X 的写入时间戳记为 W-timestamp(X)。

时间戳排序协议的工作原理如下 −

• 如果事务 Ti 发出 read(X) 操作 −

• 如果 TS(Ti) < W-timestamp(X)
  • 操作被拒绝。
• 如果 TS(Ti) >= W-timestamp(X)
  • 已执行操作。
• 所有数据项时间戳已更新。

• 如果事务 Ti 发出 write(X) 操作 −

• 如果 TS(Ti) < R-timestamp(X)
• 操作被拒绝。
• 如果 TS(Ti) < W-timestamp(X)
• 操作被拒绝，Ti 回滚。
• 否则，执行操作。

Thomas 托马斯的写规则

该规则规定如果 TS(Ti) < W-timestamp(X)，则操作被拒绝，T_i被回滚。

可以修改时间戳排序规则以使调度视图可序列化。

不是让 T_i 回滚，而是忽略"写入"操作本身。