数据库中的“锁”

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1.什么是活锁?如何避免。

如果事务T1封锁了数据R,事务T2又请求封锁R,于是T2等待。T3也请求封锁R,当T1释放了R上的封锁之后系统首先批准了T3的请求,T2仍然等待。然后T4又请求封锁R,当T3释放了R上的封锁之后系统又批准了T4的请求,…,T2有可能永远等待,这就是活锁的情形。

避免活锁的简单方法是采用先来先服务的策略。

2.什么是死锁?如何避免和防范。

死锁的形成:如果事务T1封锁了数据R1,T2封锁了数据R2,然后T1又请求封锁R2,因T2已封锁了R2,于是T1等待T2释放R2上的锁。接着T2又申请封锁R1,因T1已封锁了R1,T2也只能等待T1释放R1上的锁。这样就出现了T1在等待T2,而T2又在等待T1的局面,T1和T2两个事务永远不能结束,形成死锁
死锁的预防:
预防死锁通常有两种方法:
① 一次封锁法
一次封锁法要求每个事务必须一次将所有要使用的数据全部加锁,否则就不能继续执行。
存在的问题:一次封锁法虽然可以有效地防止死锁的发生,但也存在问题,一次就将以后要用到的全部数据加锁,势必扩大了封锁的范围,从而降低了系统的并发度。
② 顺序封锁法
顺序封锁法是预先对数据对象规定一个封锁顺序,所有事务都按这个顺序实行封锁。
存在的问题:顺序封锁法可以有效地防止死锁,但也同样存在问题。事务的封锁请求可以随着事务的执行而动态地决定,很难事先确定每一个事务要封锁哪些对象,因此也就很难按规定的顺序去施加封锁。
可见,在操作系统中广为采用的预防死锁的策略并不很适合数据库的特点。

!!因此DBMS在解决死锁的问题上普遍采用的是诊断并解除死锁的方法!!

死锁的诊断与解除
① 超时法
如果一个事务的等待时间超过了规定的时限,就认为发生了死锁。超时法实现简单,但其不足也很明显。一是有可能误判死锁,事务因为其他原因使等待时间超过时限,系统会误认为发生了死锁。二是时限若设置得太长,死锁发生后不能及时发现。
② 等待图法
事务等待图是一个有向图G=(T,U)。 T为结点的集合,每个结点表示正运行的事务;U为边的集合,每条边表示事务等待的情况。若T1等待T2,则T1、T2之间划一条有向边,从T1指向T2。事务等待图动态地反映了所有事务的等待情况。并发控制子系统周期性地(比如每隔1分钟)检测事务等待图,如果发现图中存在回路,则表示系统中出现了死锁。
DBMS的并发控制子系统一旦检测到系统中存在死锁,就要设法解除。通常采用的方法是选择一个处理死锁代价最小的事务,将其撤消,释放此事务持有的所有的锁,使其它事务得以继续运行下去。当然,对撤消的事务所执行的数据修改操作必须加以恢复。

银行算法-避免死锁
避免死锁算法中最有代表性的算法是Dijkstra E.W 于1968年提出的银行家算法:
该算法需要检查申请者对资源的最大需求量,如果系统现存的各类资源可以满足申请者的请求,就满足申请者的请求。
这样申请者就可很快完成其计算,然后释放它占用的资源,从而保证了系统中的所有进程都能完成,所以可避免死锁的发生。

3.介绍一下S锁和X锁。

封锁就是事务T在对某个数据对象操作之前,先向系统发出请求,对其加锁。

排它锁(X锁),又称为写锁:若事务T对数据对象A加上X锁,则只允许事务T读取和修改A,其他任何事务不能再对A加任何类型的锁,直到T释放A上的锁,这就保证了其他事务在T释放A之前不能再读取和修改A。

共享锁(S锁),又称为读锁。如果事务T对数据A加上共享锁后,则其他事务只能对A再加共享锁,不能加排他锁。获准共享锁的事务只能读数据,不能修改数据。

4.悲观锁和乐观锁

(1)悲观锁,指的是对数据被外界(包括本系统当前的其他事务,以及来自外部系统的事务处理)修改持保守态度,因此,在整个数据处理过程中,将数据处于锁定状态。只有冲突非常严重的系统才需要悲观锁。
悲观锁的实现,往往依靠数据库提供的锁机制(也只有数据库层提供的锁机制才能真正保证数据访问的排他性,否则,即使在本系统中实现了加锁机制,也无法保证外部系 统不会修改数据)。
(2)相对悲观锁而言,乐观锁机制采取了更加宽松的加锁机制。悲观锁大多数情况下依靠数据库的锁机制实现,以保证操作最大程度的独占性。但随之而来的就是数据库性能的大量开销,特别是对长事务而言,这样的开销往往无法承受。
乐观锁机制在一定程度上解决了这个问题。乐观锁,大多是基于数据版本( Version )记录机制实现。何谓数据版本?即为数据增加一个版本标识,在基于数据库表的版本解决方案中,一般是通过为数据库表增加一个 “version” 字段来实现。读取出数据时,将此版本号一同读出,之后更新时,对此版本号加一。此时,将提交数据的版本数据与数据库表对应记录的当前版本信息进行比对,如果提交的数据版本号大于数据库表当前版本号,则予以更新,否则认为是过期数据。

乐观锁假设多用户并发的事务在处理时不会彼此互相影响,各事务能够在不产生锁的情况下处理各自影响的那部分数据。在提交数据更新之前,每个事务会先检查在该事务读取数据后,有没有其他事务又修改了该数据。如果其他事务有更新的话,正在提交的事务会进行回滚。乐观事务控制最早是由孔祥重(H.T.Kung)教授提出。

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