《并行事务管理》课件

并行事务管理本课件将深入探讨并行事务管理的理论和实践，包括事务概述、ACID特性、隔离级别、并发控制策略、死锁问题、故障恢复、并行事务的特点和挑战等内容。我们将介绍常用的并发控制算法，并分析分布式事务的管理方法。同时，我们将讨论长时间事务、事务嵌套等高级主题，并展望未来并行事务管理的发展趋势。课程目标了解事务管理的基本概念掌握事务的ACID特性、隔离级别等概念，理解事务管理在数据库系统中的重要性。学习并发控制策略深入了解锁机制、乐观并发控制、两阶段锁定协议等并发控制策略，并分析其优缺点。掌握并行事务的管理方法学习处理并行事务带来的挑战，包括死锁问题、故障恢复、事务冲突等，并掌握相应的解决策略。事务概述事务是指数据库管理系统执行的一系列操作，这些操作要么全部执行成功，要么全部不执行。例如，转账操作涉及两个账户的修改，如果其中一个账户修改成功而另一个失败，则整个事务就必须回滚到最初状态，以确保数据的完整性和一致性。事务在数据库管理系统中扮演着至关重要的角色，它保证了数据的完整性、一致性和安全性。它通常用于处理需要多个步骤才能完成的操作，例如银行转账、库存管理、在线购物等。事务的ACID特性原子性事务中的所有操作要么全部成功，要么全部失败，保证数据的一致性。一致性事务执行前和执行后，数据库必须处于一致状态。例如，转账操作前后，两个账户的余额之和应该保持不变。隔离性多个事务同时执行时，相互之间不会受到影响，保证每个事务独立执行，就像其他事务不存在一样。持久性一旦事务成功提交，其对数据库的修改将永久保存，即使系统发生故障也不会丢失。事务的隔离级别1读未提交允许读取其他事务未提交的修改，可能会导致脏读、不可重复读和幻读。2读已提交只允许读取其他事务已提交的修改，可以避免脏读，但可能出现不可重复读和幻读。3可重复读保证同一个事务内多次读取相同数据的结果一致，避免了不可重复读，但可能出现幻读。4串行化事务按顺序执行，避免了所有并发问题，但效率最低。并发控制策略悲观并发控制假设多个事务可能发生冲突，因此在操作数据之前，先获取锁，以防止其他事务访问数据。乐观并发控制假设多个事务不太可能发生冲突，因此在操作数据之后，再进行冲突检测。如果发生冲突，则回滚事务。死锁问题及解决死锁发生两个或多个事务相互等待对方释放锁，导致所有事务都无法继续执行。1死锁检测通过检测事务之间的锁关系，判断是否存在死锁。2死锁预防采用一些策略，例如锁顺序、时间戳等，防止死锁发生。3死锁解除选择一个或多个事务回滚，释放锁资源，从而解除死锁。4两阶段锁定协议第一阶段：获取锁事务开始执行时，获取所有需要的锁，直到所有锁都获取成功，才进入第二阶段。第二阶段：释放锁事务执行完成，提交或回滚事务，并释放所有锁。读写锁1读锁多个事务可以同时获取读锁，共享访问数据。2写锁只有一个事务可以获取写锁，独占访问数据，其他事务需要等待。乐观并发控制1读取数据事务读取数据时，不获取锁，直接访问数据。2修改数据事务修改数据时，先检查数据是否被其他事务修改过。如果未被修改，则进行修改操作，否则回滚事务。3提交事务事务提交时，检查数据是否被其他事务修改过，如果未被修改，则提交事务，否则回滚事务。事务日志Redo日志记录事务对数据库的修改操作，用于恢复数据。Undo日志记录事务对数据库的修改操作的反向操作，用于回滚事务。回滚和恢复1回滚将事务对数据库的修改操作回滚到最初状态，以撤销事务执行的影响。2恢复将数据库恢复到某个时间点，例如，将数据库恢复到某个事务提交之前的状态。检查点时间日志记录数量检查点是事务日志中一个重要的概念。它标志着数据库某个时间点的状态，可以帮助快速恢复数据库，降低恢复时间。事务提交成功提交事务执行成功，将事务日志写入磁盘，并释放所有锁。失败提交事务执行失败，将事务回滚，释放所有锁，并记录失败原因。故障恢复系统崩溃系统崩溃时，需要从检查点恢复数据库，并重做已提交的事务。磁盘故障磁盘故障时，需要从备份数据恢复数据库，并重做已提交的事务。事务失败事务失败时，需要回滚事务，释放所有锁，并记录失败原因。并行事务的特点1多个事务可以同时执行，提高数据库系统效率。2提高资源利用率，减少资源浪费。3提高数据库系统吞吐量，处理更多事务。4增加系统复杂度，需要考虑并发控制和故障恢复等问题。并行事务带来的问题数据不一致多个事务同时访问相同数据，可能会导致数据不一致，破坏数据库的完整性。死锁多个事务相互等待，导致所有事务都无法继续执行，影响数据库系统性能。事务冲突多个事务同时修改同一数据，可能会发生冲突，需要进行冲突检测和解决。并行事务管理的挑战1并发控制确保多个事务同时执行时，不会相互影响，保证数据的完整性和一致性。2故障恢复确保数据库系统在发生故障时，能够快速恢复，并保证数据的完整性和一致性。3性能优化提高并行事务的执行效率，降低事务执行时间，提高数据库系统性能。减少事务冲突的策略缩短事务时间减少事务对数据锁定的时间，降低冲突概率。减少事务访问的数据量避免事务访问不必要的数据，降低冲突概率。优化数据访问顺序将访问频率高的数据放在一起，减少事务之间的冲突。使用多版本并发控制允许多个事务同时访问数据，但不会相互影响，降低冲突概率。事务的序列化执行事务排序将多个事务按照顺序进行排序，避免事务之间的冲突。1事务执行根据排序结果，按顺序执行每个事务，保证每个事务独立执行。2冲突检测与解决冲突检测当多个事务同时访问相同数据时，需要检测是否存在冲突。冲突解决如果发生冲突，需要选择一个或多个事务回滚，释放锁资源，并重新执行。基于时间戳的并发控制1时间戳分配为每个事务分配一个唯一的时间戳，用于标识事务的执行顺序。2冲突检测根据时间戳判断事务之间的执行顺序，如果发生冲突，则回滚时间戳较晚的事务。基于版本的并发控制1数据版本为每个数据分配一个版本号，记录数据的修改历史。2冲突检测事务读取数据时，会读取最新版本的數據，如果数据被其他事务修改过，则会读取旧版本的數據。3冲突解决如果事务修改了数据，则会将数据版本号加1，保证数据的一致性。多版本并发控制1原始数据2事务1修改后的数据3事务2修改后的数据多版本并发控制(MVCC)是一种常用的并发控制策略，允许多个事务同时读取和修改数据，而不会相互影响。它通过为每个数据维护多个版本来实现并发控制。当事务读取数据时，会读取最新版本的數據，如果数据被其他事务修改过，则会读取旧版本的數據。基于多版本的读写锁1读锁多个事务可以同时获取读锁，共享访问数据，读取数据的任何版本。2写锁只有一个事务可以获取写锁，独占访问数据，只能修改最新的版本。基于时间戳的两阶段锁定第一阶段事务开始时，获取一个时间戳，并根据时间戳获取读锁或写锁。第二阶段事务提交时，释放所有锁。基于时间戳的回滚冲突检测如果事务修改了数据，并且数据被其他事务修改过，则需要回滚事务。回滚操作将数据恢复到事务修改数据之前的状态，并更新事务的时间戳。分布式事务分布式事务是指跨越多个数据库系统的事务，例如，在一个系统中进行订单创建，并在另一个系统中进行库存更新。分布式事务的管理比单机事务更加复杂，需要解决数据一致性、故障恢复、性能优化等问题。两阶段提交协议1第一阶段：准备阶段协调器向所有参与者发送准备请求，询问是否可以提交事务。2第二阶段：提交阶段如果所有参与者都同意提交，则协调器向所有参与者发送提交请求，否则发送回滚请求。三阶段提交协议第一阶段：准备阶段协调器向所有参与者发送准备请求，询问是否可以提交事务。第二阶段：预提交阶段如果所有参与者都同意提交，则协调器向所有参与者发送预提交请求。第三阶段：提交阶段如果所有参与者都同意提交，则协调器向所有参与者发送提交请求，否则发送回滚请求。补偿事务执行主事务执行一个主事务，该事务可能包含多个操作。1执行补偿事务如果主事务执行失败，则执行一个补偿事务，以撤销主事务执行的影响。2长时间事务事务持续时间长长时间事务的执行时间很长，可能会锁定数据很长时间，影响其他事务的执行。提高并发性能使用一些策略，例如，将长时间事务分成多个短事务，或使用多版本并发控制等。事务嵌套1外部事务一个事务可以包含多个内嵌事务。2内部事务嵌套事务必须在外部事务提交之前提交，否则外部事务也会回滚。保证隔离性的算法1两阶段锁定在事务执行之前获取所有需要的锁，确保事务执行期间不会被其他事务干扰。2时间戳排序根据事务的时间戳，将事务按照顺序进行排序，保证每个事务独立执行。3多版本并发控制为每个数据维护多个版本，允许多个事务同时访问数据，而不会相互影响。基于数据库锁的算法共享锁多个事务可以同时获取共享锁，共享访问数据。排它锁只有一个事务可以获取排它锁，独占访问数据，其他事务需要等待。基于时间戳的算法1时间戳分配为每个事务分配一个唯一的时间戳，用于标识事务的执行顺序。2冲突检测根据时间戳判断事务之间的执行顺序，如果发生冲突，则回滚时间戳较晚的事务。乐观并发控制算法读取数据事务读取数据时，不获取锁，直接访问数据。修改数据事务修改数据时，先检查数据是否被其他事务修改过。如果未被修