数据库串行化调度的原理和实现方法 (数据库可串行化调度)

随着数据库应用的广泛使用，对于数据库管理系统的性能和稳定性要求也越来越高。其中，数据库调度是数据库管理系统中至关重要的一环。而数据库串行化调度作为一种核心的数据库调度算法，被广泛研究和应用。本文将从两方面来进行讨论。

一、数据库串行化调度的原理

数据库串行化调度，指的是对同时进行的多个事务进行调度，使得它们之间的执行互相不干扰，不会出现并发问题。下面将分别从两个方面来介绍其原理。

1.项目的冲突

在数据库中，存在不同的事务，它们会访问相同或不同的数据。因此，在同时进行多个事务时，不同的事务之间会产生一些冲突。这些冲突包括数据冲突、操作冲突和时间冲突。

– 数据冲突：不同的事务可能同时访问并修改相同数据，从而造成数据不一致；

– 操作冲突：不同的事务可能同时执行相同的操作，从而造成结果的不可预测性；

– 时间冲突：不同的事务可能在不同的时间段修改数据，但它们所产生的结果顺序应保持一致。

2.串行化调度图

为了避免不同事务之间的冲突，我们可以通过串行化来完成。串行化调度是指在将多个事务进行连续执行的情况下，对相互之间有冲突的操作进行调整，从而使得事务之间的执行顺序得以保证。

在实现串行化调度时，需要用到串行化调度图。它是一个有向图，顶点表示事务，边表示事务之间冲突产生的影响。例如，一个事务T1以读操作获取了数据项X，一个事务T2同时以写操作获取了数据项X，则T2在T1写入X之前必须等待。

二、数据库串行化调度的实现方法

除了对数据库串行化调度的原理进行深入分析外，我们还需要掌握一些实现的方法。下面就简单介绍几种较为常见的串行化调度方法。

1. 两阶段封锁协议

两阶段封锁协议是一种著名的实现串行化调度的方法，它通过对数据对执行封锁来保证对数据的访问是按照串行调度规则进行并发的。具体来说，两阶段封锁协议分为两个阶段：

– 执行阶段：在这个阶段内，每一个事务都会请求获取数据对象的锁，它们只有在获得所需的锁之后才能执行。在每个事务结束时，都必须将使用的锁全部释放；

– 确认阶段：这个阶段主要用于判断当前状态是否允许对锁的解除，同时确认所有锁的使用是否符合两阶段封锁协议的规则。

2. 时间戳协议

时间戳协议是另外一种常见的串行化调度协议，它通过对每一个事务赋予时间戳来规定了所有操作之间的执行先后顺序，具体如下：

– 每个事务被赋予一个唯一的时间戳；

– 在执行事务操作之前，通过比较事务的时间戳来确定执行的先后顺序；

– 如果发现两个操作之间存在冲突，则根据时间戳的值来决定执行的先后顺序；

– 如果存在某个操作无法满足时间戳的要求，则将该操作阻塞并等待。

3. 先行提交协议

另外一个广泛应用的串行化调度协议是先行提交协议。它通过对事务的提交顺序进行限制，来避免事务之间的相互影响，从而保障事务可以顺利的执行。先行提交协议的主要内容包括：

– 在事务提交之前，需要先获得相关数据的共享锁，确保事务提交的操作不会对其他事务产生影响；

– 当有多个事务同时提交时，先行提交协议要求先提交的事务不能比后提交的事务更改了它的共享数据；

– 事务提交的顺序必须按照先行提交协议的规则进行调度。

结论

本文主要介绍了两方面的内容。数据库串行化调度的原理主要涉及项目冲突和串行化调度图。而在实现数据库串行化调度时，我们通常采用两种封锁协议、时间戳协议和先行提交协议。这些方法在不同的数据库应用中已得到了广泛的应用。