【事务处理基础】：ACID特性与并发控制，保障数据完整性和一致性

# 1. 事务处理基础**

**1.1 事务的概念和特征**

事务是一个不可分割的工作单元，它要么全部成功执行，要么全部失败回滚。事务具有以下特征：

* **原子性：**事务中的所有操作要么全部成功，要么全部失败。
* **一致性：**事务执行前后的数据库状态都必须满足所有业务规则和约束条件。
* **隔离性：**并发执行的事务彼此独立，不会相互影响。
* **持久性：**一旦事务提交，其对数据库所做的更改将永久保存。

# 2. 并发控制理论

### 2.1 并发控制的必要性

在多用户环境下，多个用户同时访问和修改数据库中的数据时，可能出现并发问题。例如：

* **脏读：**一个事务读取了另一个未提交事务的修改。
* **不可重复读：**一个事务多次读取同一数据，但由于其他事务的修改，导致读取结果不一致。
* **幻读：**一个事务读取了另一个事务插入或删除的数据，导致读取结果不一致。

并发控制机制旨在解决这些问题，确保数据库中的数据完整性和一致性。

### 2.2 并发控制机制

常见的并发控制机制包括：

#### 2.2.1 锁机制

锁机制通过对数据对象加锁，防止其他事务并发访问和修改数据。锁类型包括：

* **排他锁（X）：**获得排他锁的事务拥有对数据对象的独占访问权，其他事务不能同时获得该数据对象的锁。
* **共享锁（S）：**获得共享锁的事务可以读取数据对象，但不能修改。其他事务也可以获得共享锁，但不能获得排他锁。

#### 2.2.2 时间戳机制

时间戳机制为每个事务分配一个唯一的时间戳，用于比较事务的先后顺序。时间戳机制包括：

* **读时间戳（RTS）：**事务开始时分配的时间戳，用于检测脏读。
* **写时间戳（WTS）：**事务修改数据时分配的时间戳，用于检测不可重复读和幻读。

#### 2.2.3 乐观控制

乐观控制不使用锁机制，而是假设事务不会产生冲突。事务在提交时检查是否有冲突，如果有则回滚。

### 2.3 并发控制算法

#### 2.3.1 两阶段锁（2PL）

2PL 算法要求事务在访问数据对象之前必须获得相应的锁，并且在事务结束前不能释放锁。2PL 算法可以防止脏读、不可重复读和幻读。

#### 2.3.2 死锁检测与恢复

死锁是指两个或多个事务互相等待对方释放锁，导致系统无法继续执行。死锁检测与恢复机制可以检测并解除死锁。

**代码示例：**

# 获取排他锁
cursor.execute("LOCK TABLE table_name IN EXCLUSIVE MODE")

# 获取共享锁
cursor.execute("LOCK TABLE table_name IN SHARE MODE")

# 释放锁
cursor.execute("UNLOCK TABLE table_name")

**逻辑分析：**

* `LOCK TABLE` 语句用于获取锁。
* `IN EXCLUSIVE MODE` 参数表示获取排他锁。
* `IN SHARE MODE` 参数表示获取共享锁。
* `UNLOCK TABLE` 语句用于释放锁。

**参数说明：**

* `table_name`：要加锁的表名。
* `mode`：锁的类型，可以是 `EXCLUSIVE` 或 `SHARE`。

# 3.1 锁机制的实现

锁机制是并发控制中最常用的技术，它通过给数据库对象（如行、表）加锁来防止并发访问导致的数据不一致。锁机制的实现主要有以下几种：

#### 行锁

行锁是针对单个数据库行的锁，它可以防止其他事务同时修改同一行数据。行锁的优点是粒度细，并发性高，但开销也较大。

#### 表锁

表锁是针对整个数据库表的锁，它可以防止其他事务同时访问同一张表。表锁的优点是开销小，但粒度粗，并发性低。

#### 间隙锁

间隙锁是针对行之间的间隙（即不存在数据