《事务与锁》课件

事务与锁探讨在数据库系统中,如何确保数据的一致性和完整性事务是数据库管理的基本单元,通过隔离和原子性等特性来保护数据锁机制则是实现事务隔离的关键技术本课件将深入讲解事务和锁的相关概念及其应用什么是事务？定义特点常见场景作用事务是数据库中执行的一系列事务必须是原子性的,要么全银行转账、订单支付、库存更事务可以保证数据库操作的可操作,作为一个整体来执行部执行成功,要么全部回滚新等都需要事务处理,确保数靠性和正确性,提高并发控制事务具有ACID特性,确保数据事务的操作步骤会严格按顺序据操作的完整性和一致性能力,维护数据的完整性的一致性和完整性执行,相互隔离事务的特性ACID原子性Atomicity一致性Consistency事务的操作要么全部执行成功,要事务完成后,数据库从一个一致性么全部回滚,不存在中间状态状态转换到另一个一致性状态隔离性Isolation持久性Durability并发执行的事务之间不会互相影事务完成后,它对数据库的修改是响,仿佛是串行执行的永久的,不会被回滚事务隔离级别读未提交读已提交可重复读串行化最低的隔离级别,一个事务的更解决了脏读问题,但仍可能出现解决了不可重复读问题,但仍可最高的隔离级别,能避免所有并改可以被其他事务看到,可能会不可重复读和幻读一个事务能出现幻读事务在整个执行发问题,但会严重降低系统吞吐导致脏读、不可重复读和幻读可以看到另一个已提交事务的过程中看到的数据是一致的量事务会被串行执行,相当于等问题更改逐个执行事务隔离级别示例数据库事务可以设置不同的隔离级别以平衡数据一致性和并发性能常见隔离级别包括:•读未提交Read Uncommitted-读取未提交的数据,可能会出现脏读•读已提交Read Committed-只能读取已提交的数据,可能会出现不可重复读•可重复读Repeatable Read-事务执行过程中看到的数据保持一致,可防止不可重复读•可串行化Serializable-最高级别隔离,事务串行执行,可防止幻读但性能最差悲观锁什么是悲观锁悲观锁是一种数据库并发控制机制,它假设操作会失败,因此在执行操作前会先获取锁适用场景当数据竞争激烈,发生并发冲突的概率很高时,使用悲观锁可以保证数据的一致性性能影响由于需要频繁获取和释放锁,悲观锁的性能开销较大,适用于读写比较均衡的场景乐观锁无需阻塞提高吞吐量乐观锁通过检查数据在提交时是否发生变化来实现并发控制,由于不需要加锁和等待锁释放,乐观锁在高并发场景下能够显无需对数据加锁,从而避免了资源被长期占用的问题著提高系统的吞吐量和性能使用版本号需要重试乐观锁通常使用版本号或时间戳字段来记录数据的版本,在更如果检测到数据已经被其他事务修改,需要重新获取数据并重新时检查版本是否匹配试整个更新操作悲观锁和乐观锁的区别悲观锁1默认数据被改变，需要锁定资源乐观锁2默认数据不会被改变，无需锁定资源加锁时间3悲观锁会阻塞其他事务的访问，乐观锁不会使用场景4悲观锁适用于高并发更新，乐观锁适用于读多写少悲观锁和乐观锁是两种不同的并发控制机制悲观锁默认数据会被改变，需要在访问前锁定资源;而乐观锁默认数据不会被改变，无需在访问前锁定资源这导致了两者在加锁时间、资源占用和使用场景等方面的差异共享锁和排它锁1共享锁Shared Lock2排它锁Exclusive Lock3锁模式兼容性允许多个事务同时读取数据,防止其排它锁确保一个事务拥有对数据的独共享锁与共享锁兼容,共享锁与排它他事务修改数据占访问权,防止其他事务读取或修改锁不兼容,排它锁与排它锁不兼容数据锁定粒度表级锁页级锁锁定整个数据表，适用于批量操锁定数据表的页面，粒度较细，作，但并发性较低并发性较好，但开销较高行级锁字段级锁锁定单行数据，最细粒度的锁定锁定数据表的单个字段，可以提，并发性最高，但开销也最大高并发性，但实现复杂度高死锁及其原因什么是死锁导致死锁的主要原因检测与解决死锁死锁是指两个或多个线程在互相等待对方持死锁主要由于资源竞争、进程推进顺序不当可以通过死锁检测算法识别死锁情况,并采有的资源而陷入无限期阻塞的情况这种情以及进程运行环境设置不当等因素造成这取合适的解决措施,如资源抢占、进程终止况会导致系统无法继续运行些问题需要通过系统设计和调度算法来预防或死锁避免等这需要操作系统提供相应的和解决支持死锁检测与解决检测死锁1通过建立事务依赖图进行分析,识别循环依赖关系防止死锁2合理设置事务执行顺序,避免产生循环依赖解决死锁3终止一个或多个涉及死锁的事务,释放资源死锁检测的关键是建立事务依赖图,通过分析图中是否存在循环依赖关系来判断是否发生死锁一旦发现死锁,可以通过合理调整事务执行顺序或终止某些事务来解决整个过程需要仔细分析并做出合理决策,以最小化对业务的影响事务并发控制并发控制锁机制通过协调多个并发事务的执行,确保数利用锁定技术隔离事务对数据的访问,据的一致性和完整性防止数据冲突检查点回滚机制周期性地保存事务运行状态,方便在故提供事务失败时恢复数据的能力,确保障时快速恢复数据的一致性可串行化调度什么是可串行化调度？可串行化的优点可串行化调度是一种事务并发控制机制它能够确保多个并发执可串行化调度能够确保数据完整性和一致性,避免事务之间发生冲行的事务产生的结果等同于某个串行执行的事务序列突和异常情况这是数据库事务管理的核心要求两阶段提交协议准备阶段1分布式事务中的参与者向协调者发送准备就绪信号协调者收集所有参与者的反馈提交阶段2如果所有参与者都准备好了，协调者发送提交命令否则，协调者发送回滚命令结果确认3参与者执行提交或回滚操作，并向协调者反馈执行结果协调者收集所有参与者的确认信息分布式事务处理多节点协作一致性挑战12分布式事务涉及多个独立的节点或系统共同参与,需要进行协确保所有参与节点的数据一致性是分布式事务的核心难点调和通信容错机制性能影响34需要引入容错机制,以应对节点故障或网络中断等意外情况分布式事务需要额外的通信和协调开销,可能会影响整体性能协议XA分布式事务协议两阶段提交XA协议是一种分布式事务处理协议,用于管理跨多个数据源的分布XA协议采用两阶段提交机制,确保在多个节点上的事务一致性第式事务它定义了事务管理器和资源管理器之间的标准接口一阶段是准备阶段,第二阶段是提交或回滚阶段事务日志事务日志的作用事务日志在故障恢复中的应用事务日志的结构与存储事务日志记录了所有数据库事务的变更情况当数据库发生故障时,可以利用事务日志进事务日志一般分为若干日志段,按顺序记录,是恢复数据库的关键它确保数据的一致行恢复,还原数据库到故障前的状态所有事务操作,采用双写策略确保数据安全性和可靠性回滚机制数据更改日志数据库会记录所有对数据的修改操作,以便在必要时进行回滚事务撤销如果事务执行失败或用户主动要求,可以根据日志信息将数据恢复到事务开始前的状态恢复到检查点通过定期生成数据库检查点,可以将数据快速恢复到某一时刻的状态持久化保证事务一旦提交成功,数据库会确保数据的永久存储,即使系统发生故障也能恢复检查点保存当前状态减少恢复时间检查点用于定期保存数据库的当在发生故障时,系统可以从最近的前状态和事务的进度,以便在发生检查点开始恢复,而不需要回滚到故障时能够恢复到最近的检查点最初状态,从而大大缩短了恢复时间控制资源开销检查点可以有效管理数据库的内存和磁盘资源,定期写入磁盘可以避免内存资源的过度消耗故障恢复日志回滚1利用事务日志回滚到指定点检查点恢复2从最近的检查点开始恢复备份恢复3从最新的备份文件恢复数据在遇到数据库故障时,需要通过多种方式进行数据恢复首先利用事务日志回滚到指定的恢复点,然后从最近的检查点开始恢复数据如果这两种方式都无法解决,就需要从最新的备份文件进行恢复通过多重手段确保数据的完整性和可靠性事务并发控制算法并发控制算法性能优化死锁检测不同的算法如读写锁、多版本并发控制等用选择合适的算法可以提高事务的并发性和系算法还需要能够检测和解决死锁问题,保证于解决并发访问的问题统的整体性能事务的正确执行读写锁算法共享锁排他锁允许多个事务同时获取并读取资只允许一个事务获取并独占对资源，提高并发性但不允许写入源的写入权限确保数据写入的操作完整性锁升级锁降级事务先获取共享锁,后升级为排他事务先获取排他锁,后降级为共享锁以进行写入操作提高了资源锁以允许其他事务读取保证数利用率据一致性多版本并发控制算法定义工作原理优点缺点多版本并发控制MVCC是一MVCC为每个数据行维护一个•读写无冲突,提高了并发性•需要额外存储空间来保存种数据库并发控制机制,它通版本号,并记录创建和删除该能历史版本过维护数据的多个版本来实现版本的时间戳读操作访问与•无需锁定数据,减少了死锁•需要定期清理历史版本,增并发读写,避免了传统悲观锁其事务开始时间对应的版本,问题加了系统复杂度机制的性能问题写操作创建新的版本•支持快照读,提供了事务隔•在高并发场景下,可能会造离性成大量的垃圾数据事务性能优化系统配置优化减少锁竞争利用缓存水平扩展通过调整数据库参数、硬盘配合理设计事务边界,减少同时访对于频繁读取的数据,可以利用对于高并发场景,可以通过水平置等优化系统性能,提高事务处问相同数据的情况,降低锁竞争缓存技术降低数据库的访问压扩展数据库集群的方式来提高理能力导致的性能问题力,提高事务响应速度整体的事务处理能力数据库事务案例分析我们来看一个实际的数据库事务案例某电商平台在高并发情况下进行订单支付处理时,如果不当地处理事务,可能会导致资金和库存数据不一致的问题我们需要仔细设计事务逻辑,确保订单支付、库存扣减、资金划拨等关键操作要么全部成功,要么全部回滚,保证数据的一致性和完整性事务处理最佳实践规范事务定义优化事务隔离级别12明确定义事务的边界,合理划分根据应用需求,选择合适的隔离事务范围,避免事务过大或过小级别,平衡并发性和一致性合理使用锁提高事务性能34仔细分析需求,恰当地使用悲观优化SQL语句,利用索引,采用批锁或乐观锁,避免死锁发生量处理等方式提高事务效率小结与展望事务学习回顾未来展望技术深入研究通过本次课程,我们全面了解了事务的基本未来数据库技术将不断创新,事务管理也将对于事务管理的细节机制,如并发控制算法概念、ACID特性、隔离级别以及锁机制等面临新的挑战我们需要持续关注行业动态、故障恢复等,我们还需要进一步深入研究,核心知识点这为我们后续进一步深入学习,了解最新的事务处理机制和最佳实践,以适以提高数据库的稳定性和性能数据库原理奠定了基础应数据管理的不断变化。