并发控制与事务隔离：数据库系统中的并发问题解析

"本章详细讨论了数据库并发控制的相关概念和技术，包括并发控制概述、封锁及封锁协议、活锁和死锁、并发调度的可串行性、两段锁协议以及封锁的粒度。主要关注如何在并发环境中保证事务的正确执行和数据一致性，避免并发操作引发的数据不一致性问题，如丢失修改、读脏数据、不可重复读和幻影数据行等典型不一致类型。" 并发控制是数据库系统中的核心部分，旨在确保在多事务并发执行时，系统的数据状态保持一致性和完整性。串行事务是指一个事务在另一个事务完成之前开始，而在并行事务中，多个事务可以同时执行，这在单处理器系统中通过时间片划分实现，而在多处理器系统中则能真正实现同时执行。 并发控制的目标是确保并发事务的执行结果与这些事务串行执行的结果等价，即保持事务的隔离性，同时保证数据库的一致性。为此，数据库系统采用了多种策略和机制，如封锁协议，以防止事务之间的不兼容操作。 封锁是并发控制的一种常见方法，它允许事务在执行特定操作时阻止其他事务访问特定数据，直到封锁被释放。封锁协议定义了事务如何获取和释放封锁，以防止常见的并发问题。例如，丢失修改和读脏数据可以通过简单的读写封锁来避免，而不可重复读和幻影数据行则可能需要更复杂的行级封锁或快照隔离级别。 活锁和死锁是并发控制中需要处理的另外两个问题。活锁发生在两个或更多事务相互等待对方释放资源，导致事务永远无法执行完毕。死锁则是当两个或更多事务相互持有对方需要的资源，导致所有事务都无法继续进行。数据库管理系统通常包含检测和解除死锁的机制，以保证系统的正常运行。 为了平衡并发性和一致性，数据库系统还引入了不同的封锁粒度，从最细粒度的行级封锁到较粗粒度的页级或表级封锁。更细的粒度可以提供更高的并发性，但可能导致更多的锁定和管理开销；而更粗的粒度可以减少锁定，但可能会限制并发。 两段锁协议是确保事务可串行化的一种策略，它要求事务在执行阶段获取所有必要的封锁，然后在提交阶段释放所有封锁。这有助于避免死锁并保证事务的隔离性。 数据库并发控制是一门复杂而关键的技术，它的目的是在保证数据一致性的同时，充分利用多任务环境的计算能力。通过理解并发控制的基本概念和机制，开发者和数据库管理员能够设计出高效且可靠的数据库应用。