陳秋月，張劍妹

（長治學(xué)院 計算機(jī)系，山西 長治 046011）

1 緒論

隨著企業(yè)信息化建設(shè)的不斷深入，關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）目前成為諸多公司和大型企業(yè)的核心IT系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫是一個允許多個用戶共享的數(shù)據(jù)資源，但當(dāng)多個用戶同時并發(fā)操作同一組數(shù)據(jù)時，就會損害數(shù)據(jù)庫的完整性和數(shù)據(jù)一致性。因此采用適當(dāng)?shù)姆椒▽τ趨f(xié)調(diào)多個事務(wù)并發(fā)操作，保證數(shù)據(jù)庫的完整性、正確性和一致性具有重要意義。

2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制

2.1 事務(wù)

所謂事務(wù)是指用戶定義的一個數(shù)據(jù)庫操作序列，正確執(zhí)行的事務(wù)應(yīng)符合“ACID準(zhǔn)則”，即原子性、持續(xù)性、一致性和隔離性。

（1）原子性（Atomicity）：事務(wù)中包括的諸多操作要么全部執(zhí)行，要么全部不執(zhí)行。

（2）持續(xù)性（Consistency）：一個事務(wù)一旦提交，它對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的改變是永久性的。

（3）一致性（Isolation）：任何數(shù)據(jù)庫事務(wù)執(zhí)行的結(jié)果必須是使數(shù)據(jù)庫從一個一致的狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個一致的狀態(tài)。

（4）隔離性（Durability）：一個事務(wù)的執(zhí)行不能被其他事務(wù)所干擾。

2.2 并發(fā)控制

多個事務(wù)如不加控制地并發(fā)執(zhí)行，則會產(chǎn)生數(shù)據(jù)的不一致，這些數(shù)據(jù)不一致主要包括丟失修改、不可重復(fù)度和讀“臟”數(shù)據(jù)等，如圖1所示。

圖1 三種數(shù)據(jù)不一致性

（1）丟失修改（Lost Update）：兩個事務(wù)對同一數(shù)據(jù)并發(fā)地寫入，其執(zhí)行結(jié)果與串行地執(zhí)行兩個事務(wù)的結(jié)果不一致。

（2）不可重復(fù)讀（Unrepeatable Read）：因讀 -寫沖突引起，結(jié)果可能導(dǎo)致第二次讀的值與前次讀的值不同。

（3）讀“臟”數(shù)據(jù)（Dirty Read）：因一事務(wù)讀另一事務(wù)尚未提交的數(shù)據(jù)引起，有可能讀到要回退的數(shù)據(jù)。

產(chǎn)生上述三類數(shù)據(jù)不一致性的原因是并發(fā)操作破壞了事務(wù)的隔離性。因此，事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時，通常采用封鎖技術(shù)來避免多用戶操作時數(shù)據(jù)的不一致。

2.3 封鎖

所謂封鎖就是一個事務(wù)可以向系統(tǒng)申請對某數(shù)據(jù)對象加鎖，這樣事務(wù)就對該數(shù)據(jù)對象有了一定的控制權(quán)。

2.3.1 封鎖的粒度

封鎖粒度與系統(tǒng)的并發(fā)度和開銷密切相關(guān)。封鎖的粒度越大，并發(fā)度越低，系統(tǒng)開銷就越小；反之，封鎖的粒度越小，并發(fā)度就越高，但系統(tǒng)開銷也就越大。系統(tǒng)通常提供不同的封鎖粒度。鎖的粒度可以分為行、頁、鍵、盤區(qū)、表和數(shù)據(jù)庫。

2.3.2 封鎖的類型

常用的的封鎖類型有排它鎖（X鎖）和共享鎖（S鎖）。

（1）排它鎖：若事務(wù)T對數(shù)據(jù)A加上X鎖，則事務(wù)T可以讀取和修改A，其他事務(wù)不能再對A加任何類型的鎖，直到T釋放A上的X鎖。

圖2 使用封鎖機(jī)制解決三種數(shù)據(jù)不一致問題

（2）共享鎖：若事務(wù)T對數(shù)據(jù)對象A加上S鎖，則事務(wù)T可以讀A但不能修改A，其他事務(wù)只能再對A加S鎖，而不能加X鎖，直到T釋放A上的S鎖。

圖2給出了使用封鎖機(jī)制來解決圖1中的數(shù)據(jù)不一致性問題。

3 并發(fā)控制的若干實(shí)現(xiàn)途徑

關(guān)系數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制的實(shí)現(xiàn)途徑有很多種，其中最常用的有以下幾種：調(diào)整用戶工作模式，修改應(yīng)用程序，避免不必要的并發(fā)；設(shè)置隔離級別，盡量讓一個事務(wù)工作專一；調(diào)整應(yīng)用程序；利用開發(fā)工具的支持；借助于DBMS的功能。

3.1 調(diào)整用戶工作模式

這種方法適用于規(guī)模小、獨(dú)立性高、業(yè)務(wù)流程規(guī)范明確的系統(tǒng)。比如在圖書銷售系統(tǒng)中，只有銷售人員、庫管部門和銷售部門可以修改圖書數(shù)量。所以，在設(shè)計數(shù)據(jù)庫表時只需要在庫表中增加一個用戶列，在用戶操作時，把用戶列作為一個過濾條件，對應(yīng)用程序的SQL語句做相應(yīng)的調(diào)整。但是這種方法有其局限性，在分布式數(shù)據(jù)庫中，往往共享數(shù)據(jù)庫操作的客戶端比較多，這種情況下并發(fā)控制仍然是不可避免的。

3.2 設(shè)置隔離級別

隔離級別是事務(wù)準(zhǔn)備接受不一致數(shù)據(jù)的級別，是事務(wù)與其他事務(wù)進(jìn)行隔離的程度。當(dāng)多個事務(wù)同時進(jìn)行時，可以通過設(shè)置隔離級別來處理丟失修改、臟讀、不可重復(fù)讀。根據(jù)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯采用不同的隔離級別是很重要的，降低隔離級別可以增加事務(wù)的并發(fā)度，但是會影響數(shù)據(jù)的一致性；反之可以保證數(shù)據(jù)的一致性，但可能造成事務(wù)阻塞等，對并發(fā)產(chǎn)生負(fù)面影響。所以，在并發(fā)事務(wù)執(zhí)行過程中應(yīng)設(shè)置恰當(dāng)?shù)母綦x級別，盡量讓事務(wù)工作更專一。

3.3 調(diào)整應(yīng)用程序

有的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)并沒有提供并發(fā)控制的功能，例如Foxpro。在這種情況下要實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制，通常需要在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中增加一個時間戳字段。當(dāng)用戶瀏覽記錄時先將時間戳值記到old_record（用戶的自定義變量）中，再將old_record中的內(nèi)容記錄到新記錄new_record中，當(dāng)用戶編輯new_record并提交時，比較old_record和原先的記錄中的時間戳，如果一樣，則表明沒有用戶修改原先的記錄，用new_record中的內(nèi)容替換時間戳中的內(nèi)容。反之則放棄修改。

3.4 利用第三方開發(fā)工具的支持

目前，許多關(guān)系數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具都具有一些方便的選項(xiàng)或部件來支持并發(fā)控制，如：Delphi和Powerbuilder。PowerBuilder中的并發(fā)控制技術(shù)主要通過設(shè)置Data Window的更新屬性來實(shí)現(xiàn)。其相關(guān)參數(shù) Key Columns、Key and Updateable Columns、Key and Modified Columns為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的并發(fā)操作提供了很好的支持。通過Data Window，開發(fā)人員無需編寫復(fù)雜的SQL語句，就可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的讀寫操作，這為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)節(jié)約了大量時間成本。

3.5 利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持

上面討論的幾種方法都能夠較好的提高RDBMS的并發(fā)性能，但操作對象都不是由RDBMS自己來提供支持的。一般大型RDBMS都提供了比較好的并發(fā)控制功能，其通常采用自定義事務(wù)隔離級別、顯式加鎖等方式。

4 SQL Server中的并發(fā)控制

充分利用RDBMS自身所支持的并發(fā)控制功能無疑是實(shí)現(xiàn)并發(fā)控制的最好途徑之一，而典型的關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Sybase SQL Server就提供了這方面的支持。

例如一網(wǎng)上圖書銷售系統(tǒng)，同一時刻甲、乙兩地均有一客戶查詢到某圖書有剩余，并欲購買，此時如果該圖書只剩余了一本，那么問題就會產(chǎn)生：若甲客戶先買入圖書，則該圖書庫存就為零了，而乙客戶并不知道甲客戶已經(jīng)購買，繼續(xù)購買該圖書，結(jié)果將會導(dǎo)致“無書仍售”現(xiàn)象。

4.1 封鎖

SQL Server支持的鎖類型包括：共享鎖、排它鎖、更新鎖、架構(gòu)鎖、意向鎖等。SQL Server會自動應(yīng)用正確的鎖類型保證多用戶環(huán)境下數(shù)據(jù)的一致性。對于“無書仍售”問題，我們可以在執(zhí)行銷售圖書后，在對圖書數(shù)目更新之前利用排它鎖查詢一下books表中現(xiàn)存的圖書數(shù)目。

4.2 設(shè)置隔離級別

SQL Server提供了4種隔離級別，用戶可以通過set transaction isolation level命令手工設(shè)置事務(wù)處理隔離層的鎖狀態(tài)。

（1）未提交讀（read uncommitted）：當(dāng)設(shè)置該選項(xiàng)時，可以讀取到已由其他事務(wù)修改但還未提交的數(shù)據(jù)。

（2）提交讀（read committed）：該選項(xiàng)是 SQL Server的默認(rèn)值。當(dāng)設(shè)置該選項(xiàng)時，只能讀取其他事務(wù)提交的數(shù)據(jù)。

（3）可重復(fù)讀（repeatable read）：當(dāng)同一事物需要多次讀取同一數(shù)據(jù)，且必須保證每次讀取的數(shù)據(jù)相同時使用，以防止其他用戶更新數(shù)據(jù)。

（4）可串行讀（serializable）：是四個隔離級別中限制最大的級別，事物之間完全隔離。

5 結(jié)論

實(shí)現(xiàn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制的途徑很多，但無論什么方法依據(jù)的基本原則都是：確保數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性和正確性，并在此基礎(chǔ)上盡量提高事務(wù)的并發(fā)度。

［1］王珊，薩師煊.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論（第四版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］胡百靜，姚巧玫.SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫開發(fā)詳解［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［3］張劍妹.數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制［J］.晉東南師專學(xué)報，1999，（3）：50-52.

［4］錢學(xué)忠，黃向前.基于SQL Server的實(shí)用并發(fā)控制技術(shù)［J］.江南大學(xué)學(xué)報，2003，（3）：240-244.