兩階段鎖協議

兩階段鎖協議

 

在數據庫系統領域，併發控制機制主要有兩種，即鎖和多版本機制。

 

1.事務在加鎖時有多種方式：

 

一次性鎖協議，事務開始時，即一次性申請全部的鎖，以後不會再申請任何鎖，若是其中某個鎖不可用，則整個申請就不成功，事務就不會執行，在事務尾端，一次性釋放全部的鎖。一次性鎖協議不會產生死鎖的問題，但事務的併發度不高。

 

兩階段鎖協議，整個事務分爲兩個階段，前一個階段爲加鎖，後一個階段爲解鎖。在加鎖階段，事務只能加鎖，也能夠操做數據，但不能解鎖，直到事務釋放第一個鎖，就進入解鎖階段，此過程當中事務只能解鎖，也能夠操做數據，不能再加鎖。兩階段鎖協議使得事務具備較高的併發度，由於解鎖沒必要發生在事務結尾。它的不足是沒有解決死鎖的問題，由於它在加鎖階段沒有順序要求。如兩個事務分別申請了A, B鎖，接着又申請對方的鎖，此時進入死鎖狀態。

 

樹形協議，假設數據項的集合知足一個偏序關係，訪問數據項必須按此偏序關係的前後進行。如di->dj，則要想訪問dj，必須先訪問di。這種偏序關係導出一個有向無環圖(DAG)，所以稱爲樹形協議。樹形協議的規則有：

樹形協議只有獨佔鎖；

事務T第一次加鎖能夠對任何數據項進行；

此後，事務T對數據項Q的加鎖前提是持有Q的父親數據項的鎖；

對數據項的解鎖能夠隨時進行；

數據項被事務T加鎖並解鎖以後，就不能再被事務T加鎖。

樹形協議的優勢是併發度好，由於能夠較早地解鎖。而且沒有死鎖，由於其加鎖都是順序進行的。

缺點是對不須要訪問的數據進行沒必要要的加鎖。

 

時間戳排序協議，每一個事務都有一個惟一的時間戳，也就是其進入系統的時間。時間戳有大小之分，若是事務Ti比Tj先進入系統，則TS(Ti)<TS(Tj)。對於每一個數據項Q，有兩個時間戳與其綁定：一個是W-TS(Q)，表示最近一次寫數據項Q的事務的時間戳；一個是R-TS(Q)，表示最近一次讀數據項Q的事務的時間戳。Thomas協議是對時間戳排序協議的改進，具體內容以下：

若事務Ti發起一個write(Q)，則

若是TS(Ti)<R-TS(Q)，則代表Ti準備寫的值還沒來得及寫入，Q就提早被讀取了，因此Ti的write(Q)操做被拒絕，而且事務Ti被回滾。

若是TS(Ti)<W-TS(Q)，代表Ti寫的值已過時，比它更新的值已經寫到Q上，因此Ti的write(Q)操做被拒絕。

剩下的狀況，write(Q)操做被容許。

 

事務在加鎖時存在粒度的區別：

如數據庫鎖，表鎖，行鎖，字段鎖；頁鎖等。不一樣的數據庫支持的鎖粒度不一樣，BerkeleyDB支持頁鎖，即對數據項所在的內存頁加鎖。

 

 

2.多版本機制：

鎖是針對集中式數據管理設計的，缺點是下降了事務的併發，而且鎖自己有開銷。在分佈式系統，尤爲是讀多寫少的系統中，採用多版本機制更合適。每一個數據項都有多個副本，每一個副本都有一個時間戳，根據多版本併發控制協議(MVCC)維護各個版本。

 

MVCC又稱爲樂觀鎖，它在讀取數據項時，不加鎖；在更新數據項時，直到最後要提交時，纔會加鎖。這與CAS(Compare and Swap)的機制很相似，爲了提升併發度，它更新數據前，會將數據拷貝一份，進行一系列修改，而且拷貝的同時，會記錄當前的版本號(時間戳)，當修改完畢，即將提交時，再檢查此時的版本號是否與剛纔記錄的一致，若是不一致，則代表數據項被其餘事務修改，當前事務的修改被取消。不然，正式提交修改，並增長版本號。

與MVCC相對，基於鎖的併發控制機制稱爲悲觀鎖，由於它認爲其餘事務修改本身正在使用的數據項的機率很高，所以對數據項加鎖以阻塞其餘事務的讀和寫。