多事務執行併發問題

在實際應用中，往往是一臺（或多臺）伺服器向無數客戶程式提供服務，當伺服器查詢資料庫獲取資料時，如果沒有采用必要的隔離機制，可能會存在資料庫事務的併發問題，下面是一些常見的併發問題分類：

1. 第一類丟失更新：撤銷一個事務，其他事務已提交的更新資料覆蓋
2. 第二類丟失更新：一個事務覆蓋另一個事務已提交的更新資料
3. 髒讀：一個事務讀到另一個事務未提交的資料
4. 虛讀：一個事物讀到另一個已提交的新插入資料 
5. 不可重複讀：事務讀到另一個事務已提交的更新資料

下面對這幾類併發問題進行詳細介紹：

1. 第一類丟失更新

產生過程：兩個事務更新同一資料，第一個事務被提交，第一個事務被撤銷，會把第一個事務所做的更新也撤銷，示意圖如下所示：

2. 第二類丟失更新

產生過程：兩個事務各自基於最初的查詢結果提交資料,例項流程如下圖所示：

3. 髒讀

產生過程：事務二查詢到事務一未提交資料，事務二根據此資料進行操作，事務一緊接著撤銷資料，導致事務二操縱的是“髒資料”,例項流程如下圖所示：

4.虛讀（幻象讀）

產生過程：對某行執行插入或刪除操作，而該行屬於某個事務正在讀取的行的範圍。若對資料精度要求不高，則影響不大,例項流程如下圖所示：

5.不可重複讀

產生過程：一個事務查詢到另一事務已提交的對資料的更新,例項流程如下圖所示：

與髒讀區別：髒讀->讀取前一事務未提交的髒資料，不可重複讀->重新讀取了前一事務已提交的資料

資料庫系統鎖的基本原理

1. 鎖的多粒度及自動升級：

1. 鎖的多粒度按型別可分成下面幾類：
   
   • 資料庫級鎖
   • 表級鎖
   • 區域級鎖
   • 頁面級鎖
   • 鍵值級鎖：鎖定資料庫表中帶有索引的一行資料
   • 行級鎖
2. 對資料的封鎖力度越大，往往隔離性越高，但併發效能變差。
3. 對資料施行的鎖粒度越高，併發性往往越大，但這意味著在大併發量時鎖的數量的急劇增多，由此會帶來系統資源的嚴重負載，影響系統系統。常用的資料庫都有事務鎖自動升級功能，當系統效能因為鎖數量過大而急劇變差時，往往會升級使用更粗粒度的鎖來擴大封鎖面，減少鎖數優化系統資源。

2. 鎖的型別和相容性：

1. 共享鎖

   • 加鎖條件：讀取資料
   • 解鎖條件：讀取完畢
   • 相容性:放置了共享鎖的資源，能再放置共享鎖和獨佔鎖
   • 併發性：多事務訪問相同資料，多鎖同時讀

2. 獨佔鎖（排它鎖）

   • 加鎖條件：修改資料且無其他鎖存在
   • 解鎖條件：事務結束
   • 相容性:不與其他鎖相容

3. 更新鎖

   • 加鎖條件：update操作
   • 加鎖更新步驟：
     
     1. 獲得一個共享鎖，讀資料
     2. 升級為獨佔鎖，更新資料
   • 相容性:與共享鎖相容，同一資源最多一把更新鎖，能有效避免死鎖產生，我們知道，共享鎖的相容性是最好的，加入一個資料同時被兩把共享鎖鎖住，如果這時兩條執行緒併發修改資料，由於共享鎖的非排他性，可能會同時出現兩把獨佔鎖鎖住資料，這樣就會產生死鎖了，而更新鎖排斥獨佔鎖，當出現更新操作時，只能將更新鎖本身升級為獨佔鎖，而有效避免死鎖產生。
   • 併發性：效能一般，多事務訪問，單事務修改。
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3. 死鎖產生及其解決方法：

1. 產生過程：多事務鎖定一個資源->試圖去鎖定對方已鎖定的資源->多事務處於等待對方釋放鎖資源狀態，示意圖如下所示：
   
2. 防止方法
   
   1. 合理安排表訪問順序
   2. 對事務要求不高，允許髒讀（不加鎖）
   3. 錯開多事務訪問相同資源的時間
   4. 使用盡可能低的事務隔離級別
   5. 使用短事務（操作儘可能少，時間儘可能短）
   6. 將大事務分解成多個小事務順序執行

4. 悲觀鎖與悲觀鎖

1. 悲觀鎖：顯式為資料加鎖，常見有如下兩種加鎖方式
   
   1. 顯式指定獨佔鎖：select … for update
   2. 在資料庫增加表明狀態的LOCK欄位
2. 樂觀鎖：通過版本控制實現，示意圖如下所示：
   
   通過樂觀鎖的版本控制，我們能夠更好地提高併發事務的效能。

3. 資料庫的事務隔離級別

4種隔離級別從高到低依次為：
- Serializable:序列化
- Repeatable Read： 可重複讀
- Read Commited:讀已提交的資料
- Read UnCommited:讀未提交的資料

它們對併發事務問題的支援如下圖所示

4. spring的事務傳播行為

事務傳播行為型別	說明
PROPAGATION_REQUIRED	如果當前沒有事務，就新建一個，如果已經存在，則加入到事務中這是最常見的選擇。
PROPAGATION_SUPPORTS	表示事務對當前方法可有可無，如果有，則按該事務執行，如果當前沒有事務，就以非事務方式執行。
PROPAGATION_MANDATORY	表示當前方法必須在一個事務中執行，而且如果當前沒有事務，就丟擲異常。
PROPAGATION_REQUIRES_NEW	表示當前方法總是需要獨立的新事務，如果當前已存在事務，就會把當前事務掛起,直到新的事務提交或者回滾才恢復執行
PROPAGATION_NOT_SUPPORTED	表示當前方法不需要事務，如果當前存在事務，就把當前事務掛起。
PROPAGATION_NEVER	表示當前方法不需要事務，而且如果當前存在事務，則丟擲異常。
PROPAGATION_NESTED	如果當前存在事務，則在巢狀事務內執行，如果巢狀事務存在，並且外層事務丟擲異常回滾，那麼內層事務必須回滾，反之，內層事務並不影響外層事務