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并行事务管理

本课件将深入探讨并行事务管理的理论和实践，包括事务概述、ACID特性、隔离级别、并发控制策略、死锁问题、故障恢复、并行事务的特点和挑战等内容。我们将介绍常用的并发控制算法，并分析分布式事务的管理方法。同时，我们将讨论长时间事务、事务嵌套等高级主题，并展望未来并行事务管理的发展趋势。

课程目标

了解事务管理的基本概念

掌握事务的ACID特性、隔离级别等概念，理解事务管理在数据库系统中的重要性。

学习并发控制策略

深入了解锁机制、乐观并发控制、两阶段锁定协议等并发控制策略，并分析其优缺点。

掌握并行事务的管理方法

学习处理并行事务带来的挑战，包括死锁问题、故障恢复、事务冲突等，并掌握相应的解决策略。

事务概述

事务是指数据库管理系统执行的一系列操作，这些操作要么全部执行成功，要么全部不执行。例如，转账操作涉及两个账户的修改，如果其中一个账户修改成功而另一个失败，则整个事务就必须回滚到最初状态，以确保数据的完整性和一致性。

事务在数据库管理系统中扮演着至关重要的角色，它保证了数据的完整性、一致性和安全性。它通常用于处理需要多个步骤才能完成的操作，例如银行转账、库存管理、在线购物等。

事务的ACID特性

原子性

事务中的所有操作要么全部成功，要么全部失败，保证数据的一致性。

一致性

事务执行前和执行后，数据库必须处于一致状态。例如，转账操作前后，两个账户的余额之和应该保持不变。

隔离性

多个事务同时执行时，相互之间不会受到影响，保证每个事务独立执行，就像其他事务不存在一样。

持久性

一旦事务成功提交，其对数据库的修改将永久保存，即使系统发生故障也不会丢失。

事务的隔离级别

1

读未提交

允许读取其他事务未提交的修改，可能会导致脏读、不可重复读和幻读。

2

读已提交

只允许读取其他事务已提交的修改，可以避免脏读，但可能出现不可重复读和幻读。

3

可重复读

保证同一个事务内多次读取相同数据的结果一致，避免了不可重复读，但可能出现幻读。

4

串行化

事务按顺序执行，避免了所有并发问题，但效率最低。

并发控制策略

悲观并发控制

假设多个事务可能发生冲突，因此在操作数据之前，先获取锁，以防止其他事务访问数据。

乐观并发控制

假设多个事务不太可能发生冲突，因此在操作数据之后，再进行冲突检测。如果发生冲突，则回滚事务。

死锁问题及解决

死锁发生

两个或多个事务相互等待对方释放锁，导致所有事务都无法继续执行。

1

死锁检测

通过检测事务之间的锁关系，判断是否存在死锁。

2

死锁预防

采用一些策略，例如锁顺序、时间戳等，防止死锁发生。

3

死锁解除

选择一个或多个事务回滚，释放锁资源，从而解除死锁。

4

两阶段锁定协议

第一阶段：获取锁

事务开始执行时，获取所有需要的锁，直到所有锁都获取成功，才进入第二阶段。

第二阶段：释放锁

事务执行完成，提交或回滚事务，并释放所有锁。

读写锁

1

读锁

多个事务可以同时获取读锁，共享访问数据。

2

写锁

只有一个事务可以获取写锁，独占访问数据，其他事务需要等待。

乐观并发控制

1

读取数据

事务读取数据时，不获取锁，直接访问数据。

2

修改数据

事务修改数据时，先检查数据是否被其他事务修改过。如果未被修改，则进行修改操作，否则回滚事务。

3

提交事务

事务提交时，检查数据是否被其他事务修改过，如果未被修改，则提交事务，否则回滚事务。

事务日志

Redo日志

记录事务对数据库的修改操作，用于恢复数据。

Undo日志

记录事务对数据库的修改操作的反向操作，用于回滚事务。

回滚和恢复

1

回滚

将事务对数据库的修改操作回滚到最初状态，以撤销事务执行的影响。

2

恢复

将数据库恢复到某个时间点，例如，将数据库恢复到某个事务提交之前的状态。

检查点

时间

日志记录数量

检查点是事务日志中一个重要的概念。它标志着数据库某个时间点的状态，可以帮助快速恢复数据库，降低恢复时间。

事务提交

成功提交

事务执行成功，将事务日志写入磁盘，并释放所有锁。

失败提交

事务执行失败，将事务回滚，释放所有锁，并记录失败原因。

故障恢复

系统崩溃

系统崩溃时，需要从检查点恢复数据库，并重做已提交的事务。

磁盘故障

磁盘故障时，需要从备份数据恢复数据库，并重做已提交的事务。

事务失败

事务失败时，需要回滚事务，释放所有锁，并记录失败原因。

并行事务的特点

1

多个事务可以同时执行，提高数据库系统效率。

2

提高资源利用率，减少资源浪费。

3

提高数据库系统吞吐量，处理更多事务。

4

增加系统复杂度，需要考虑并发控制和故障恢复等问题。

并行事务带来的问题

数据不一致

多个事务同时访问相同数据，可能会导致数据不一致，破坏数据库的完整性。

死锁

多个事务相互等待，导致所有事务都无法继续执行，影响数据库系统性能。

事务冲突

多个事务同时修