【BUAA-数据管理技术】10-事务管理

本文内容系2024年北航软件学院数据管理技术课程课堂笔记，内容大部分取自课程PPT，少量来源于互联网，若有侵权请联系删除。文章内容如有错漏，敬请批评指正！

第八章 并发控制

10 - 事务管理

8.1 并发控制

数据资源共享，为了充分利用数据库资源，数据库用户对数据库系统并行存取数据

数据库的一致性：在任何时刻用户面对的数据库都是符合现实世界的语义逻辑的

• 多个用户并发存取同一数据块时，如果对并发操作不加控制可能会产生不正确的数据，破坏数据的一致性
• DBMS必须对并发操作进行控制，避免破坏数据一致性
• 数据库并发控制以事务为基本单位进行，对事务所操作的数据施加封锁来实现一致性
  • 这种数据一致性约束属于动态关系约束

8.2 事务（Transaction）

事务：用户定义的一个数据库操作序列，是不可分割的工作单位（要么全做，要么全不做）

事务和程序是两个概念：

• 一个事务可以是一条或一组连续的SQL语句
• 一个对数据库进行操作的应用程序可以包含多个事务，这些事务是串行的

事务开始与结束可由用户显式控制，若用户未显示定义，则由DBMS按照缺省规定自动划分事务

用户自定义的事务：以Begin transaction开始，以Commit或Rollback结束。

• commit：事务的提交，将事务中所有对数据库的更新写回磁盘上的物理数据库中，此时事务正常结束
• rollback：事务的回滚，即事务运行过程中发生故障，事务不能继续执行，系统将事务中对数据库的所有已完成的更新操作全部撤销，再回滚到事务开始时的状态

例：事务开始 -> 系统在A账户删除100元 -> 系统在B账户增加100元 -> 事务结束

BEGIN TRANSACTION
    READ A
    A = A - 100
    IF A < 0 THEN	/* A款不足 */
        BEGIN
            DISPLAY "A款不足"
            ROLLBACK
        END
    ELSE			/* 拨款 */
        BEGIN
            READ B
            B = B + 100
            DISPLAY "拨款完成"
            COMMIT
        END

事务：并发控制的基本单位，遇到数据库错误后进行数据恢复的处理单位

事务由有限的数据库操作序列组成，但并非任意数据库操作序列都能成为事务，需要有如下4个特征。

8.2.1 ACID特征

原子性（Atomicity）

• 事务中包含的所有操作要么全做，要么全不做
• 系统应保证只执行了一部分的事务不会对数据库状态产生影响（钱打了一半出现错误，账户钱不能少）

隔离性（Isolation）

• 并发执行的各个事务之间不能互相干扰
• 一个事务内部的操作及使用的数据对其他并发事务是隔离的
• 每个事务在执行的时候应感觉不到其他事务的存在

一致性（Consistency）

• 是原子性和隔离性的结果
• 数据库在事务执行前是一致的，执行过程中可能暂时出现不一致，而当事务执行完后，数据库仍会处于一致性状态

持久性（Durability）

• 一个事务一旦提交（commit）之后，它对数据库的影响必须是永久的。系统发生失效不能改变事务的持久性。

8.2.2 事务的状态

数据库的恢复机制保证了原子性和持久性的实现

• 一种简单的恢复机制： shadow-database影子数据库技术

  • 假定同时只有一个事务是活动的（不存在隔离性问题）

  • 对数据库的更新都在影子数据库上进行。当事务更新都完成后，数据库指针db-pointer指向影子数据库，将之变成当前数据库。若事务出现错误，则删除影子数据库

• 恢复机制不能解决事务并发执行情况下的数据一致性、隔离性问题

8.2.3 事务的并发执行

• 当同一数据库系统中有多个事务并发运行时，如果不加以适当控制，可能会破坏事务的隔离性，产生数据的不一致性。

• 并发操作带来的数据一致性——丢失修改、不可重复读、读脏数据

• 优点：

  • 提高系统吞吐量
  • 减少平均响应时间

1. 丢失修改（lost update）——写写冲突

• 事务1与事务2从数据库中读入同一数据并修改，事务2的提交结果破坏了事务1提交的结果，导致事务1的修改被丢失。也称脏写（dirty write）——写写冲突

  $T_1$	$T_2$
  读$A=16$
  	读$A=16$
  $A=A-1$；写$A=15$
  	$A=A-1$；写$A=15$

2. 不可重复读（non-repeatable read）——读写冲突

• 指事务1读取数据后，事务2执行更新操作，使事务1无法再现前一次读取结果。

• 三种情况：事务1读取某一数据后，

  1. 事务2对其做了修改，当事务1再次读该数据时，得到与前一次不同的值。