基于时间戳的并发控制方法及问题

本次Lecture继续探讨并发控制的具体实现，上个Lecture介绍了一种实现方式，即二阶段锁协议。二阶段锁协议有一个不可避免的缺点，即锁的存在会导致并行性下降，进而影响性能。因此，本次Lecture将介绍另一种并发控制方法，即基于时间戳顺序的并发控制（Timestamp Ordering）。 基于时间戳顺序的并发控制的基本原理是，给每个事务一个时间戳，并根据事务的时间戳来确定它们的执行顺序以及在出现冲突操作时的处理方式。具体而言，如果事务Ti的时间戳在Tj之前，那么数据库管理系统（DBMS）要保证这两个事务都提交后的效果与Ti先执行，然后Tj执行的效果相同。 首先要解决的问题是，如何设置事务的时间戳。一种常见的方式是利用系统时钟来设置时间戳。然而，这种方式存在一些问题。系统时钟并不是完全精确的，它会每隔一段时间与服务器通信进行同步。因此，在同步的过程中可能会出现系统时间被调慢了几分钟的情况。这就可能导致在系统时间校准之前到达的事务和在系统时间校准之后到达的事务的时间戳顺序混乱。 由于系统时钟的不完全可靠性，许多单节点的数据库系统采用了Logical Counter来生成事务的时间戳。Logical Counter的基本思想是，为每个事务分配一个递增的全局计数器值作为时间戳。每个事务在提交时，都会读取当前全局计数器的值作为自己的时间戳，并将全局计数器增加。这样，每个事务的时间戳就不依赖于系统时钟的准确性，而只需依赖于全局计数器的递增顺序。 然而，基于时间戳顺序的并发控制也存在一些问题。首先，如果两个事务的时间戳相同，那么如何处理它们之间的冲突操作呢？一种策略是采用抢先策略，即优先执行一个事务，然后再执行另一个事务。另一种策略是采用等待策略，即让其中一个事务等待一段时间后再执行。具体选择哪种策略取决于具体的应用需求。 另外，基于时间戳顺序的并发控制还需要解决事务的一致性和隔离性问题。一致性指的是在并发执行的事务之间保持数据的一致性，而隔离性指的是在并发执行的事务之间保持相互隔离，互不干扰。为了实现这些特性，基于时间戳顺序的并发控制常常需要配合其他机制，比如冲突检测与冲突解决策略、锁机制等。 总之，基于时间戳顺序的并发控制提供了一种乐观的并发控制方法。通过为每个事务分配时间戳，并根据时间戳来确定事务的执行顺序，可以在一定程度上提高数据库系统的并行性和性能。然而，系统时钟的不完全可靠性以及冲突操作的处理仍然是需要解决的关键问题。为了获得更好的效果，可能需要结合其他并发控制技术来实现事务的一致性和隔离性。