数据库事务与并发和锁机制

      软件开发中，事务与并发一直是个很头疼的问题，其中包括操作系统的任务调度，Java多线程并发死锁问题，当然数据库也是绕不过去的。下面就来详细解析数据库事务与并发产生的原因、过程及其解决办法。

 

      一个事务是由一系列数据库操作构成。就并发性和恢复控制的角度来看，其具有“原子性”，在一个事务中如果一个操作失败，就必须撤销所有操作。当多个事务同时访问数据库资源时，可能会造成并发问题，这需要通过事务的隔离级别来控制。
数据库事务必须具备ACID特征，即原子性、一致性、隔离性和持久性。

 

      在编写数据库应用程序时向数据库系统声明事务后，数据库会自动保证ACID特性。数据库系统支持两种事务提交方式即手动提交和自动提交。

通过JDBC驱动程序可以控制以下几个事务内容：
1、connection.setAutoCommit(false) — 事务的开始边界
2、connection.setSavePoint("point_1") — 事务的保持点
3、connection.commit() — 正常的事务提交
4、connection.rollback() — 撤销事务

 

      当多个事务并发访问数据库中相同资源时，会出现以下几种问题：第一类丢失更新、脏读、虚读、不可重复读（推荐看下孙卫琴《精通Hibernate: Java对象持久化技术详解》十二章）。

现在来解释一下上面的几种问题：
1、第一类更新丢失
   这是事物隔离级别最低时出现的问题，既不发出共享锁，也不接受排它锁。两个事务更新相同的数据资源时，如果一个事务被提交，一个事务被撤销，则提交的事务所做的修改也将被撤销。
2、脏读
   第二个事务查询到了第一个事务未提交的更新数据，第二个事务在查询结果上继续操作，但是第一个事务撤销所作的更新，这会导致第二个事务操作脏数据。
3、虚读
   虚读是一个事务查询到另一个事务已提交的新插入的数据引起的。比如这样同一事务两次读取同一表的行数就会发现不一致。
4、不可重复读
   同虚读类似，不可重复读是由一个事务查询到另一个事务已提交的对数据的更新引起的。

 

      针对以上几种问题，数据库系统提供了四种隔离级别来控制事务的并发问题（隔离级别与并发性能此消彼长）：
1、READ UNCOMMITTED － 读不提交 隔离级别中最低的，没有对并发进行控制，会出现所有情况
2、READ COMMITTED — 读已提交   解决了脏读
3、REPEATABLE READ － 可重复读  在READ COMMITTED基础上 解决了不可重复读的问题
4、SERIALIZABLE — 可串行化     在REPEATABLE READ基础上解决了虚读的问题，是隔离级别中最高的，此时如果两个事务同时访问相同数据，则只能是其中一个事务先访问，当第一个事务结束时，另一个事务才能继续执行操作。

      至此，数据库的事务和并发已经露出眉目，下面将揭开最后的面纱 — 数据库的锁机制。
      数据库系统采用锁机制来实现事务的隔离性。各数据库采用的锁的理论基本上是一致的（推荐看下《数据库系统概论》第八章 并发控制），只是具体实现有所不同。

 

      按照封装程度，锁分为：共享锁、独占锁和更新锁。
1、共享锁
     共享锁用于读数据操作，它是非独占的，允许其他事务同时读取锁定的资源，但不允许其他事务更新它。
加锁条件：当一个事务执行select语句时，数据库系统会为这个事务分配一把共享锁，来锁定被查询的数据。
解锁条件：默认情况下，数据被读取后，数据库系统立即解除共享锁。
兼容性：如果数据资源上放置了共享锁，还能再放置共享锁和更新锁。
2、独占锁
     独占锁也叫排他锁，使用与修改数据的场合。它锁定的资源，其他事务不能读取也不能修改。
加锁条件：当一个事务执行insert、update或delete语句是，数据库会放置一把排他锁。
解锁条件：独占锁一直到事务结束才能被解除。‘
兼容性：不能去其他锁兼容。
3、更新锁
      加锁条件：在更新操作的初始化阶段来锁定可能要修改的资源，这可避免使用共享锁做成的死锁现象。
兼容条件：更新锁与共享锁是兼容的
下面以一条update语句执行过程为例阐述一下更新锁的作用：
update account set balance = 1000 where id = 10;
使用共享锁，更新数据操作分两步：
1、获得一个共享锁，读取account表中id为10的记录
2、将共享锁升级为独占锁，再执行更新操作
此种情况下，很容易产生死锁问题。

使用更新锁，更新数据的操作分两步：
1、获得一个更新锁，读取account表中id为10的记录
2、将共享锁升级为独占锁，再执行更新操作

      我们在编写应用程序时，也会用到锁，这就是所谓的悲观锁和乐观锁
乐观锁：完全依靠数据库的事务隔离级别来自动管理锁的工作
悲观锁：悲观锁对事态很悲观，当事务访问数据资源时，先要锁定资源
Oracle、SqlServer和Mysql都支持select ... from update这样的语句，以上语句显示指定独占锁来锁定查询的记录。
执行该条查询语句的事务持有这把锁，直到事务结束才会释放锁。

 

      许多数据库系统能够自动定期搜索和处理死锁问题。理解了死锁的概念，在应用程序中可以采用一些方法来避免死锁，比如合理安排表访问顺序和使用短事务等。

 

评论

1 楼 xjxjsky 2012-05-23  

言简意赅。