SQL Server中事務(wù)與鎖的示例分析

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)SQL Server中事務(wù)與鎖的示例分析，小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

一  概述

在數(shù)據(jù)庫(kù)方面，對(duì)于非DBA的程序員來(lái)說(shuō)，事務(wù)與鎖是一大難點(diǎn)，針對(duì)該難點(diǎn)，本篇文章試圖采用圖文的方式來(lái)與大家一起探討。

“淺談SQL Server 事務(wù)與鎖”這個(gè)專題共分兩篇，上篇主講事務(wù)及事務(wù)一致性問(wèn)題，并簡(jiǎn)略的提及一下鎖的種類和鎖的控制級(jí)別。

二   事務(wù)

1   何為事務(wù)

 預(yù)覽眾多書(shū)籍，對(duì)于事務(wù)的定義，不同文獻(xiàn)不同作者對(duì)其雖有細(xì)微差別卻大致統(tǒng)一，我們將其抽象概括為：

事務(wù)：指封裝且執(zhí)行單個(gè)或多個(gè)操作的單個(gè)工作單元，在SqlServer中，其定義表現(xiàn)為顯示定義和隱式定義兩種方式。
 基于如上的定義，我們可以將事務(wù)解剖拆分為如下幾個(gè)點(diǎn)：

(1)事務(wù)是單個(gè)工作單元，這一定義，才使事務(wù)具有ACID屬性

(2)事務(wù)是封裝操作的，如封裝基本的CRUD操作

 --事務(wù)
 Begin Tran
 SELECT * FROM UserInfo
 INSERT INTO UserInfo VALUES('Alan_beijing',35)
 UPDATE UserInfo SET Age=31 WHERE UserName='Alan_beijing'
 DELETE UserInfo WHERE UserName='Alan_beijing'
 Commit Tran

(3)事務(wù)在封裝操作時(shí)，可以封裝單個(gè)操作，也可以封裝多個(gè)操作(封裝多個(gè)操作時(shí)，應(yīng)注意與批處理的區(qū)別)

(4)在SqlServer中，事務(wù)的定義分為顯示定義和隱式定義兩種方式

 顯示定義：以Begin Tran作為開(kāi)始，其中提交事務(wù)為Commit Tran，回滾事務(wù)為RollBack Tran，如我們?cè)谝粋€(gè)事務(wù)中插入兩條操作語(yǔ)句

--顯示定義事務(wù)
Begin Tran
INSERT INTO UserInfo VALUES('Alan_shanghai',30)
INSERT INTO UserInfo VALUES('Alan_beijing',35) Commit Tran

隱式定義：如果不顯示定義事務(wù)，SQL Server 默認(rèn)把每個(gè)語(yǔ)句當(dāng)作一個(gè)事務(wù)來(lái)處理(執(zhí)行完每個(gè)語(yǔ)句之后就自動(dòng)提交事務(wù))

2   事務(wù)的ACID屬性

 事務(wù)作為單個(gè)工作單元，該定義使其具有ACID屬性，ACID屬性指原子性(Atomicity)、一致性(Consisitency)、隔離性(Isolation)和持久性(Durability)。

(1)原子性(Atomicity)

原子性指事務(wù)必須是原子工作單元，即對(duì)于事務(wù)的封裝操作，要么全部執(zhí)行，要么全都不執(zhí)行。如下情況均會(huì)導(dǎo)致事務(wù)的撤銷或回滾。。。

a.事務(wù)提交之前，系統(tǒng)發(fā)生故障或重新啟動(dòng)，SQL Server將會(huì)撤銷在事務(wù)中進(jìn)行的所有操作；

b.事務(wù)處理中遇到錯(cuò)誤，SQL Server通常會(huì)自動(dòng)回滾事務(wù)，但也有少數(shù)例外；

c.一些不太嚴(yán)重的錯(cuò)誤不會(huì)引發(fā)事務(wù)的自動(dòng)回滾，如主鍵沖突，鎖超時(shí)等；

d.可以使用錯(cuò)誤處理代碼來(lái)捕獲一些錯(cuò)誤，并采取相應(yīng)的操作，如把錯(cuò)誤記錄在日志中，再回滾事務(wù)等；

(2)一致性(Consisitency)

一致性主要指數(shù)據(jù)一致性，即主要對(duì)象是數(shù)據(jù)。從宏觀上來(lái)說(shuō)，指某一段時(shí)間區(qū)間，數(shù)據(jù)要保持一致性狀態(tài)，從微觀上來(lái)說(shuō)，某個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)要保持一致性狀態(tài)，我們舉個(gè)例子，

假若有兩個(gè)事務(wù)A和B對(duì)同一張表進(jìn)行操作，A向表中寫(xiě)數(shù)據(jù)，B向數(shù)據(jù)表中讀取數(shù)據(jù)，可以猜測(cè)，B讀取的數(shù)據(jù)大致有三種粗粒度可能：

第一種可能：A還沒(méi)向數(shù)據(jù)表中寫(xiě)入數(shù)據(jù)的狀態(tài);

第二種可能：A已向數(shù)據(jù)表中寫(xiě)入部分?jǐn)?shù)據(jù)，但還未寫(xiě)完的狀態(tài)；

第三種可能：A已向數(shù)據(jù)表中寫(xiě)完數(shù)據(jù)；

如此，造成了事務(wù)的不一致性。

關(guān)于事務(wù)一致性，可能會(huì)發(fā)生 丟失更新，臟讀，不可重復(fù)讀和幻讀等問(wèn)題，下文會(huì)詳細(xì)論述這些事務(wù)一致性問(wèn)題。

(3)隔離性(Isolation)

隔離性指當(dāng)兩個(gè)及其以上事務(wù)對(duì)同一邊界資源進(jìn)行操作時(shí)，要控制好每個(gè)事務(wù)的邊界，控制好數(shù)據(jù)訪問(wèn)機(jī)制，確保事務(wù)只能訪問(wèn)處于期望的一致性級(jí)別下的數(shù)據(jù)。

在SQL Server中，一般采用鎖機(jī)制來(lái)控制，下文中，我們會(huì)詳細(xì)論述。

(4)持久性(Durability)

 我們對(duì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行操作時(shí)，一般會(huì)按照先后順序執(zhí)行如下兩步：

第一步：將對(duì)數(shù)據(jù)表操作寫(xiě)入到磁盤上數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)日志中(持久還到磁盤事務(wù)日志中)；

第二步：完成第一步后，再將對(duì)數(shù)據(jù)表操作寫(xiě)入到磁盤上數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)分區(qū)中(持久化到磁盤上數(shù)據(jù)庫(kù)分區(qū)中)；

關(guān)于如上兩步，我們來(lái)想想可能發(fā)生的問(wèn)題：

問(wèn)題1：完成如上第一步之前，系統(tǒng)發(fā)生故障(如系統(tǒng)異常，系統(tǒng)重啟)，數(shù)據(jù)庫(kù)引擎會(huì)怎么做？

 由于未完成第一步，提交指令還未記錄到磁盤的事務(wù)日志中，此時(shí)事務(wù)并未持久化，系統(tǒng)發(fā)生故障后，SQL Server

會(huì)檢查每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)日志，進(jìn)行恢復(fù)處理(恢復(fù)處理一般分為重做階段和撤銷階段)，此時(shí)的恢復(fù)處理為重做階段，即提交指令還未記錄到磁盤的事務(wù)日志中，

數(shù)據(jù)庫(kù)引擎會(huì)撤銷這些事務(wù)所做的所有修改，這個(gè)過(guò)程也成為回滾。

問(wèn)題2：完成如上第一步但還未完成第二步，系統(tǒng)發(fā)生故障(如系統(tǒng)異常，系統(tǒng)重啟)，數(shù)據(jù)庫(kù)引擎會(huì)怎么做？

 完成第一步后，提交指令已記錄到磁盤的事務(wù)日志中，無(wú)論數(shù)據(jù)操作是否被寫(xiě)入到磁盤的數(shù)據(jù)分區(qū)，此時(shí)事務(wù)已持久化，系統(tǒng)發(fā)生故障后，SQL Server

會(huì)檢查每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的事務(wù)日志，進(jìn)行恢復(fù)處理(恢復(fù)處理一般分為重做階段和撤銷階段)，此時(shí)的恢復(fù)處理為重做階段，即由于數(shù)據(jù)修改還沒(méi)有運(yùn)用到數(shù)據(jù)分區(qū)的事務(wù)，

數(shù)據(jù)庫(kù)引擎會(huì)重做這些事務(wù)所做的所有修改，這個(gè)過(guò)程也成為前滾。

三   事務(wù)的隔離級(jí)別和隔離級(jí)別產(chǎn)生的一致性問(wèn)題

1   未提交讀(READ UNCOMMITTED)

 未提交讀(READ UNCOMMITTED)指讀取未提交的數(shù)據(jù)，此時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致性，我們稱為數(shù)據(jù)臟讀。

1.1   未提交讀為什么會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)臟讀

未提交讀是最低級(jí)的隔離級(jí)別，在這個(gè)隔離級(jí)別運(yùn)行的事務(wù)，讀操作是不需要請(qǐng)求共享鎖的，如果讀操作不需要共享鎖，就不會(huì)產(chǎn)生與持有排它鎖的事務(wù)操作發(fā)生沖突，

那么也就是說(shuō)，在這個(gè)事務(wù)隔離級(jí)別，讀操作可以與寫(xiě)操作同時(shí)進(jìn)行，互不排斥，讀操作可以讀取寫(xiě)操作未提交的修改，從而造成數(shù)據(jù)的不一致性，這種情況，我們稱

數(shù)據(jù)臟讀。

1.2   圖解數(shù)據(jù)臟讀

1.3   SQL演示數(shù)據(jù)臟讀

2   已提交讀(READ COMMITTED)

 已提交讀(READ COMMITTED)指只能讀取已提交事務(wù)的數(shù)據(jù)，是防止數(shù)據(jù)臟讀的最低隔離級(jí)別，也是SQL Server默認(rèn)的隔離級(jí)別，它要求讀操作必須獲得共享鎖后

才能進(jìn)行操作，防止讀取未提交的修改，雖然已提交讀能防止產(chǎn)生數(shù)據(jù)臟讀，但卻不可避免不可重復(fù)讀數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題。

2.1   為什么已提交讀能夠防止數(shù)據(jù)臟讀

已提交讀只允許讀取事務(wù)已提交的數(shù)據(jù)，它要求讀操作必須獲得共享鎖才能盡心操作，而讀操作的共享鎖與寫(xiě)操作的排他鎖是互斥的，兩者互斥會(huì)發(fā)生沖突，所以讀操作

在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，必須等待寫(xiě)操作完成后，才能獲取共享鎖，然后才能讀取數(shù)據(jù)，此時(shí)讀取的數(shù)據(jù)是已經(jīng)提交結(jié)束的數(shù)據(jù)，因此就防止了數(shù)據(jù)臟讀的問(wèn)題。

2.2   SQL演示已提交讀

2.3   為什么已提交讀會(huì)產(chǎn)生不可重復(fù)讀問(wèn)題

我們知道，雖然已提交讀能獲得共享鎖，然而，讀操作一完成，就會(huì)立即釋放資源上的共享鎖(該操作不會(huì)在事務(wù)持續(xù)期間一致保留共享鎖)，如此就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，

即在一個(gè)事務(wù)處理內(nèi)部對(duì)相同數(shù)據(jù)資源讀操作之間，沒(méi)有共享鎖會(huì)鎖定該資源，導(dǎo)致其他事務(wù)可以在兩個(gè)讀操作之間更改數(shù)據(jù)資源，讀操作因而可能每次得到不同的

取值，這種現(xiàn)象稱為數(shù)據(jù)的不可重復(fù)讀。

2.4   圖解不可重復(fù)讀

3  可重復(fù)讀(REPEATABLE READ)

 為了防止不可重復(fù)讀現(xiàn)象，SQL Sever中采用隔離級(jí)別升級(jí)的方式，即將已提交讀升級(jí)為可重復(fù)讀。在可重復(fù)讀隔離級(jí)別下，事務(wù)中的讀操作不僅能獲得共享鎖，

而且獲得的共享鎖一直保持到事務(wù)完成為止， 在該事務(wù)完成之前，其他事務(wù)不可能獲得排他鎖來(lái)修改這一數(shù)據(jù)，如此，便實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)讀，防止了不可重復(fù)讀造

成的數(shù)據(jù)不一致性?？芍貜?fù)讀不僅能解決不可重復(fù)讀數(shù)據(jù)不一致性問(wèn)題，還能解決丟失更新問(wèn)題。然而，可重復(fù)讀也存在問(wèn)題，那就是死鎖和幻讀等問(wèn)題。

3.1 SQL演示可重復(fù)讀

3.2  何為丟失更新？

在比可重復(fù)讀低的隔離級(jí)別中，兩個(gè)事務(wù)在讀取數(shù)據(jù)之后就不再持有該資源的任何鎖，此時(shí)，兩個(gè)事務(wù)都能更新這個(gè)值，

從而發(fā)生最后事務(wù)更新的值覆蓋前面事務(wù)更新的值，從而造成數(shù)據(jù)的丟失，這稱為丟失更新。

3.3  圖解丟失更新

4   可序列化(SERIALIZABLE)

4.1   何為幻讀？

我們知道，在可重復(fù)讀隔離級(jí)別下，讀事務(wù)持有的共享鎖一直保持到該事務(wù)完成為止，但是事務(wù)只鎖定查詢第一次運(yùn)行時(shí)找到的那些數(shù)據(jù)資源(如，行)，

而不會(huì)鎖定查詢結(jié)果范圍以外的其他行(其實(shí)，控制事務(wù)時(shí)，有數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)級(jí)別，表，頁(yè)和行等)。因此，在同一事務(wù)中進(jìn)行第二次讀取之前，若其他事

務(wù)插入新行，并且新行能滿足讀操作的查詢過(guò)濾條件，那么這些新行也會(huì)出現(xiàn)在第二次讀操作返回的結(jié)果中，這些新行稱為幻影子，也叫做幻讀。

4.2  圖解幻讀

 4.3  如何解決幻讀？

SQL SERVER中，更高級(jí)別的可序列化(SERIALIZABLE)能夠解決該問(wèn)題。

4.4  何為可序列化(SERIALIZABLE)？

大多數(shù)時(shí)候，可序列化(SERIALIZABLE)隔離級(jí)別的處理方式和可重復(fù)都得處理方式是類似的，只不過(guò)，可序列化(SERIALIZABLE)隔離級(jí)別

增加了一個(gè)新的內(nèi)容——邏輯上，這個(gè)隔離級(jí)別會(huì)讓讀操作鎖定滿足查詢搜索條件的鍵的整范圍，這就意味著讀操作不僅鎖定了滿足查詢搜索

條件的現(xiàn)有的那些行，還鎖定了未來(lái)可能滿足查詢搜索條件的行。

5   SNAPSHOT

 略。

四    事務(wù)的隔離級(jí)別總結(jié)

下表總結(jié)了每種隔離級(jí)別與邏輯一致性問(wèn)題，檢測(cè)沖突和行版本控制之間關(guān)系

五   鎖定

1  兩種并發(fā)控制模型

關(guān)于并發(fā)控制模型，主要有兩種，即悲觀控制模型和樂(lè)觀控制模型。

(1)悲觀控制模型： 該模型假設(shè)總是存在多個(gè)事務(wù)對(duì)同一資源操作(讀/寫(xiě))，即假定沖突總是會(huì)發(fā)生。在SQL Server中，采用事務(wù)

隔離級(jí)別來(lái)控制(也可叫做采用鎖來(lái)控制)。一般在事務(wù)發(fā)生沖突前進(jìn)行控制，也叫事前控制；

(2)樂(lè)觀控制模型：該模型與悲觀控制模型是對(duì)立的，即該模型總是假設(shè)系統(tǒng)中并不存在或較少存在多個(gè)事務(wù)對(duì)同一資源操作(讀/寫(xiě))

，即假定沖突是不會(huì)發(fā)生的或很少發(fā)生的。在SQL Server中，采用行版本控制來(lái)處理。一般在事務(wù)發(fā)生沖突后進(jìn)行控制，也叫事后

控制；

2 何為鎖定及鎖定的種類

2.1  何為鎖定

鎖定，指在并發(fā)操作時(shí)，確保數(shù)據(jù)的一致性所采用的一種手段。在SQL Server中，采用鎖機(jī)制與事務(wù)隔離級(jí)別來(lái)控制數(shù)據(jù)的一致性，

2.2 鎖定的種類

常用的四大類鎖包括：共享鎖，意向鎖，更新鎖和排他鎖。

(1)共享鎖：在SQL SERVER中，當(dāng)事務(wù)要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，需要獲取共享鎖。

(2)意向鎖：在SQL SERVER中，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，意向鎖并不是一種獨(dú)立的鎖，其主要作用在于獲取鎖的控制粒度(如，頁(yè)，表，行等)。

(3)更新鎖：在SQL SERVER中，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，更新鎖并不是一種獨(dú)立的鎖，而是由共享鎖和排它鎖組成的混合鎖，其隔離級(jí)別高于共享鎖，

低于排他鎖，更新鎖能夠預(yù)防鎖升級(jí)而產(chǎn)生的死鎖。

(4)排它鎖：在SQL SERVER中，當(dāng)事務(wù)要寫(xiě)數(shù)據(jù)、更細(xì)數(shù)據(jù)和刪除數(shù)據(jù)時(shí)，需要獲取排他鎖。

3 鎖的控制粒度

 在SQL SERVER中，鎖可以控制表，頁(yè)和行等資源。

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