《并发控制改》课件

并发控制并发控制是计算机科学中的一个重要概念，用于管理多个进程或线程同时访问共享资源时的冲突问题。什么是并发控制协调访问多个用户或线程同时访问共享资源，避免数据冲突。资源共享允许多个用户或线程同时访问相同的资源，提高资源利用率。数据一致性确保数据完整性，避免数据被损坏或不一致。数据库系统数据库系统中常见问题，如数据丢失、数据不一致、数据冲突等。并发控制的重要性1数据一致性确保多个用户同时访问共享数据时，数据保持一致性，避免出现数据丢失或不一致的情况。2系统可靠性防止数据冲突，维护数据完整性，提高系统整体稳定性和可靠性。3性能优化通过有效地管理并发访问，可以提高系统吞吐量，并优化系统性能。4资源利用率避免资源竞争和死锁，提高资源利用率，降低资源浪费。并发控制的挑战数据一致性多个线程同时访问共享数据，可能导致数据不一致。例如，多个线程同时修改同一个银行账户余额，最终余额可能与实际不符。性能损耗并发控制机制本身会带来一定的性能开销，例如锁机制会降低程序执行速度。在高并发场景下，性能损耗会变得更加明显。死锁问题多个线程互相等待对方释放资源，导致程序无法继续执行。死锁问题难以调试和解决，会严重影响系统稳定性。复杂性并发控制机制的设计和实现比较复杂，需要开发者深入理解并发编程原理和相关技术才能有效地解决并发问题。并发控制策略概览并发控制策略确保多个进程或线程同时访问共享资源时数据的完整性和一致性。主要分为两类：悲观并发控制和乐观并发控制。悲观并发控制采取预防措施，如加锁，以阻止潜在冲突。乐观并发控制则假设冲突发生的概率很低，仅在提交事务前检查冲突。选择合适的策略取决于应用场景和性能要求。锁机制排他锁一个线程获得排他锁后，其他线程无法访问该资源。共享锁多个线程可以同时获得共享锁，并访问资源。读锁允许多个线程同时读取资源，但不能修改资源。写锁一次只能有一个线程获得写锁，并修改资源。锁的类型悲观锁悲观锁是一种保守的并发控制机制。它假设并发冲突可能发生，因此在访问数据前会获取锁。乐观锁乐观锁假设并发冲突很少发生，因此在访问数据前不会获取锁。在提交数据时检查冲突，如果发生冲突则进行重试或回滚。共享锁共享锁允许多个事务同时读取数据，但禁止任何事务修改数据。排他锁排他锁只允许一个事务访问数据，不允许其他事务读取或修改数据。锁的使用原则最小粒度原则锁定的范围越小，并发性越高。最短持有时间原则获取锁后应尽快释放，避免长时间占用。锁顺序原则多个锁必须按照固定顺序获取和释放，防止死锁。死锁11.互相等待多个线程互相等待对方释放资源才能继续执行，陷入僵局。22.资源有限性系统中可用的资源数量不足以满足所有线程的需求。33.占有并等待线程已经占有资源，但又等待其他资源，导致无法释放已经持有的资源。44.不可剥夺线程已经获得的资源，在没有完成任务之前，不能被其他线程强行夺走。死锁的4个必要条件死锁发生需要满足四个必要条件：互斥条件资源不能被多个线程同时使用占有且等待条件线程已持有至少一个资源，但需要请求其他资源，同时又阻塞等待不可抢占条件线程无法强行从其他线程手中抢占资源循环等待条件存在一个循环等待链，每个线程都持有另一个线程所需的资源死锁的预防措施破坏互斥条件某些资源不必是互斥的，例如，打印机可以被多个进程同时使用。破坏占有且等待条件不允许进程在获得某些资源后，又申请其他资源。破坏循环等待条件为所有资源分配一个唯一的编号，并规定进程必须按编号递增的顺序申请资源。活锁定义活锁是指两个或多个线程或进程因互相等待而无法继续执行，但并非像死锁一样完全阻塞，而是反复尝试，但始终无法获得资源。特点活锁并非完全阻塞，而是反复尝试，但始终无法获得资源。活锁发生时，系统仍处于活跃状态，但没有任何进展。活锁的成因及预防竞争资源多个线程反复尝试获取资源，但始终无法获得，导致线程处于持续等待状态。错误的条件判断线程在判断条件时出现错误，导致无法满足条件，从而陷入循环等待。随机延时线程在等待资源时使用随机延时，导致多个线程相互等待，无法完成操作。事务数据库操作的逻辑单元事务是一系列数据库操作的集合，要么全部执行，要么全部不执行。它保证了数据的一致性和完整性，即使在发生错误的情况下。事务的特性原子性（Atomicity）一致性（Consistency）隔离性（Isolation）持久性（Durability）事务的ACID属性事务的ACID属性是保证数据库一致性和可靠性的核心原则。ACID是原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）的缩写。原子性：事务是一个不可分割的整体，要么全部执行成功，要么全部失败。一致性：事务执行前后，数据库必须保持一致状态。隔离性：多个事务并发执行时，彼此之间相互隔离，不会相互干扰。持久性：事务一旦提交，其结果将永久保存，即使系统崩溃也不会丢失。并发事务问题数据丢失多个事务同时访问共享资源，可能导致数据丢失。脏读一个事务读取了另一个事务未提交的数据，可能导致数据不一致。不可重复读一个事务在两次读取同一数据时，由于其他事务的更新，得到的结果不一致。幻读一个事务在两次读取同一数据时，由于其他事务的插入或删除，导致结果集中出现了幻影行。事务的隔离级别隔离级别隔离级别决定了多个事务之间如何相互影响。读未提交一个事务可以读取另一个事务尚未提交的数据，可能导致脏读。读已提交一个事务只能读取另一个事务已经提交的数据，避免脏读，但可能出现不可重复读。可重复读在一个事务中多次读取相同数据，结果一致，避免不可重复读，但可能出现幻读。可串行化11.保证一致性可串行化保证多个事务并发执行的结果与按顺序执行的结果一致，即使每个事务都包含多个操作。22.顺序执行等效可串行化事务的执行结果与某个顺序的串行执行相同，避免了并发带来的不一致性。33.高开销可串行化需要进行严格的锁管理，开销比较大，但在一致性要求高的场景下非常重要。两阶段锁定协议1增长阶段事务获取所有需要的锁。2释放阶段事务释放所有持有的锁。3串行化确保事务执行的顺序。两阶段锁定协议是一种常用的并发控制技术，它将事务的执行分为两个阶段：增长阶段和释放阶段。在增长阶段，事务会获取所有需要的锁，并在释放阶段释放所有持有的锁。这种机制可以保证事务执行的顺序，从而确保数据的一致性。乐观并发控制基于假设乐观并发控制假设冲突发生的概率很低，因此在执行操作之前不会进行锁定。执行操作执行操作时，系统会进行冲突检测，如果发生冲突，则回滚操作并重新尝试。提高性能乐观并发控制避免了锁定操作，从而提高了并发性能。适用场景适用于冲突概率较低，但需要高并发性能的场景，例如电子商务网站的购物车。悲观并发控制假设冲突悲观并发控制假设数据冲突很可能发生。锁定资源在操作数据之前，先获取锁，防止其他事务访问。限制并发悲观并发控制会降低并发度，但能保证数据一致性。并发控制技术对比1锁机制最常用，易于理解，易于实现2乐观并发控制适合读多写少场景，性能更高3两阶段锁定协议确保事务可串行化，适用于高并发场景总结并发控制的本质资源共享并发控制的核心在于协调多个用户或线程对共享资源的访问。数据一致性并发控制的目标是确保在多个用户或线程同时访问数据时，数据始终保持一致性。并发效率并发控制旨在通过高效的资源管理，提高系统性能和吞吐量。并发编程的最佳实践充分利用多核处理器通过线程池管理线程，减少线程创建和销毁的开销，提高程序效率。利用多线程来执行耗时的操作，例如I/O操作或复杂计算。使用同步机制锁机制确保数据的一致性，避免竞争条件和数据损坏。选择合适的同步机制，例如mutex、semaphore、conditionvariable，确保线程之间的协作安全有效。并发控制技术的发展趋势11.分布式并发控制分布式数据库和云计算的兴起，需要更加复杂和高效的并发控制机制。22.基于人工智能的并发控制人工智能技术可以用于预测并发冲突，提高并发控制的效率和准确性。33.更细粒度的并发控制未来将更加关注更细粒度的并发控制，以支持更复杂的并发操作。44.可扩展性和高可用性并发控制技术将需要更高的可扩展性和高可用性，以应对日益增长的数据量和并发请求。相关拓展阅读深入浅出并发控制深入探讨并发控制的理论基础和实现细节，帮助您理解并发编程的复杂性。并发控制技术博客关注最新的并发控制技术发展趋势和应用案例，获取最新信息和前沿见解。在线课程学习专业的并发控制课程，巩固您的理论知识和实践技能，提升您的编程水平。问答环节欢迎大家积极提问！我们会尽力解答您的疑问。您的问题有助于我们更好地理解您的需求。课程总结并发控制的重要性并发控制是构建可靠、高效软件系统的重要基石，保证数据一致性，提