数据库：事务管理（并发控制、数据库恢复技术）

数据库是一个按数据结构来存储和管理数据的计算机软件系统。数据库的概念实际包括两层意思：（1）数据库是一个实体，它是能够合理保管数据的“仓库”，用户在该“仓库”中存放要管理的事务数据，“数据”和“库”两个概念结合成为数据库。（2）数据库是数据管理的新方法和技术，它能更合适的组织数据、更方便的维护数据、更严密的控制数据和更有效的利用数据。本思维导图是数据库的事务管理，感兴趣的小伙伴可以先收藏再看呀！

事务管理（并发控制、数据库恢复技术）

• 一、事务
  • （一）事务概念
    • 目的：作为整体，保证数据库处于一致（正确）状态
    • 1.用户定义的一个数据库操作序列，不可分割的工作单位
    • 2.可以是一个SQL语句，一组SQL语句、一个程序
    • 3.事务的开始与结束都有用户显性控制
    • 4.SQL，定义事务的语句
      • 1.BEGIN TRANSACTION 事务开始
      • 2.COMMIT 提交事务的所有操作
      • 3.ROLLBACK 事务运行过程出现障碍，不能继续执行，则回滚到事务开始的状态
  • （二）事务特征（ACID）
    • A.原子性
      • 数据库的逻辑工作单位（要么不做，要么全做）
    • C.一致性
      • 事务执行的结果必须使数据库从一个一致性的状态变为另一个一致性的
    • I.隔离性
      • 多个事务同时处理相同数据，每个事务都与其他事务隔离
    • D.持续性
      • 一旦事务完成，结果都不会受到影响
• 二、并发控制技术
  • （一）并发控制概念
    • 目的：保证众多用户并发提供高度可用性和完成快速的响应，保证事务的隔离性和一致性
    • 若不控制并发操作，可能引发
      • 1.丢失修改
      • 2.不可重复读（幻行现象）
        • 1.T1读取，T2修改
        • 2.T1读取，T2删除
        • 3.T1读取，T2插入
      • 3.读“脏”数据
        • T1更新并写入磁盘，T2读取，T1撤销更改，T2读取数值与数据库中不一致
  • （二）封锁
    • 并发控制方式
    • 某个事务对数据对象进行操作时，操作对象给其加锁，使用后撤销锁
    • 1.排他锁（写锁，X锁）
      • 一旦建立~，其他事务不能再次加锁或其他操作
    • 2.共享锁（读锁，S锁）
      • 一旦建立，其他事务不能加排他锁，可以加共享锁
  • （三）封锁的粒度
    • 一个数据库
    • 一个关系
    • 一个元组
    • 一个元组的若干属性值
    • 封锁粒度越大，封锁开销小，并发性低；封锁粒度越小，封锁开销大，并发性高。
  • （四）活锁和死锁
    • 1.活锁
      • T1封锁R，T2,3,4依次申请封锁，当放开时T2未必最先获得锁
        • 解决方法：按照请求事务的先后顺序进行排队
    • 2.死锁
      • （1）死锁的预防
        • ①一次封锁法
          • 每个事务必须一次性申请所有枷锁需求
            • 成功，执行加锁
            • 失败，不执行加锁
        • ②顺序封锁法
          • 预先对所有数据对象规定一个封锁顺序，不成功，只能等待
      • （2）死锁的诊断
        • ①超时法
          • 超过规定时限，认为发生死锁
        • ②等待图法
          • 反映所有事务等待情况，并发控制子系统周期性的检测~，若发现存在回路，则判断发生死锁
      • （3）死锁的解除
        • 撤销死锁代价最小的事务，释放该事务的所有锁，让其他事务继续运行
  • （五）并发调度的可串行性
    • 可串行调度：多个事务的并发执行正确，当且仅当其结果与按某一次序穿行地执行它们时的结果相同
    • 可串行性是并发事务正确调度的唯一准则
    • 一个给定的并发调度，当且仅当调度策略是可串行化的，被认为正确调度
  • （六）两段锁协议
    • two-phase locking协议，2PL协议，为保证并发调度可串行性
    • 阶段表现
      • 1.第一阶段
        • 获得封锁，扩展阶段
      • 2.第二阶段
        • 释放封锁，收缩阶段
    • 协议内涵
      • 对任何数据进行读写操作前，事务首先获得对该数据的封锁，并且在释放一个封锁之后，事务不再获得任何其他封锁
    • 事务遵守~协议是可串行调度的充分条件，非必要条件
      • 即可串行化的调度中，不一定所于事务都必须符合两端所协议
• 三、数据库恢复技术
  • （一）故障的种类
    • 1.事务故障
      • 有时可通过事务程序本身发现，且绝大部分是非预期的
        • 如运算溢出，因并发事务死锁而被选中撤销该事务
    • 2.系统故障（软故障）
      • 造成系统停止运行的任何事件
        • 如突然停电、CPU故障、操作系统故障、误操作
    • 3.介质故障（硬故障）
      • 外存故障
        • 如磁盘损坏，磁头碰撞，瞬时强磁干扰
  • （二）故障恢复的手段
    • 主要是恢复数据库本身
    • 原理
      • 预先备份正确的数据库映像数据
    • 1.数据转储
      • 数据库管理员定期将数据复制到磁盘上
      • 根据转储时事务是否并发执行
        • ①.静态转储
          • 没有事务运行时转储
        • ②.动态转储
          • 转储时允许对数据库进行存取或修改
      • 转储方式
        • ①海量转储
          • 每次转储均为全量数据
        • ②增量转储
          • 仅转储每次更新后的数据
    • 2.登记日志文件
      • 记录事务对数据库的更新操作的文件
      • 遵循以下原则
        • ①事务每次对数据库的更新必须写入日志
        • ②保证日志先写原则：先将日志记录写入日志文件，再执行更新
  • （三）故障恢复的策略
    • 1.事务故障恢复
      • 指事务在运行至正常终止点前被终止
      • 恢复子系统应利用日志文件撤销此事务已对数据库的修改
    • 2.系统故障恢复
      • 由系统在重新启动时完成，不需用户干预
    • 3.介质故障恢复
      • 最严重的故障
      • 重新安装数据库，重新执行已完成的事务