2019-04-21 10:36:08 +08:00
<!-- GFM - TOC -->
2019-03-27 20:57:37 +08:00
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2019-04-21 10:36:08 +08:00
<!-- GFM - TOC -->
2019-03-27 20:57:37 +08:00
# 一、事务
## 概念
事务指的是满足 ACID 特性的一组操作,可以通过 Commit 提交一个事务,也可以使用 Rollback 进行回滚。
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/f74144be-857a-40cd-8ec7-87626ef4e20b.png" width = "400px" > < / div > < br >
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## ACID
### 1. 原子性( Atomicity)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-05-11 16:20:53 +08:00
事务被视为不可分割的最小单元,事务的所有操作要么全部提交成功,要么全部失败回滚。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-10-09 15:09:21 +08:00
回滚可以用回滚日志来实现,回滚日志记录着事务所执行的修改操作,在回滚时反向执行这些修改操作即可。
2018-06-03 15:05:07 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 2. 一致性( Consistency)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-08-16 22:34:21 +08:00
数据库在事务执行前后都保持一致性状态。在一致性状态下,所有事务对一个数据的读取结果都是相同的。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 3. 隔离性( Isolation)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
一个事务所做的修改在最终提交以前,对其它事务是不可见的。
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 4. 持久性( Durability)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-03 15:05:07 +08:00
一旦事务提交,则其所做的修改将会永远保存到数据库中。即使系统发生崩溃,事务执行的结果也不能丢失。
2018-10-09 15:09:21 +08:00
使用重做日志来保证持久性。
2018-06-03 15:05:07 +08:00
----
2019-03-27 20:57:37 +08:00
事务的 ACID 特性概念简单,但不是很好理解,主要是因为这几个特性不是一种平级关系:
2018-06-03 15:05:07 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- 只有满足一致性,事务的执行结果才是正确的。
- 在无并发的情况下,事务串行执行,隔离性一定能够满足。此时只要能满足原子性,就一定能满足一致性。
- 在并发的情况下,多个事务并行执行,事务不仅要满足原子性,还需要满足隔离性,才能满足一致性。
- 事务满足持久化是为了能应对数据库崩溃的情况。
2018-06-03 15:05:07 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/417bc315-4409-48c6-83e0-59e8d405429e.jpg" width = "400px" > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## AUTOCOMMIT
2018-05-11 16:20:53 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
MySQL 默认采用自动提交模式。也就是说,如果不显式使用`START TRANSACTION`语句来开始一个事务,那么每个查询都会被当做一个事务自动提交。
2018-05-11 16:20:53 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
# 二、并发一致性问题
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-03 15:05:07 +08:00
在并发环境下,事务的隔离性很难保证,因此会出现很多并发一致性问题。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 丢失修改
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
T< sub > 1< / sub > 和 T< sub > 2< / sub > 两个事务都对一个数据进行修改, T< sub > 1< / sub > 先修改, T< sub > 2< / sub > 随后修改, T< sub > 2< / sub > 的修改覆盖了 T< sub > 1< / sub > 的修改。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/75184b58-c627-4edc-8dcf-605762ebb733.png" width = "320px" > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 读脏数据
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
T< sub > 1< / sub > 修改一个数据, T< sub > 2< / sub > 随后读取这个数据。如果 T< sub > 1< / sub > 撤销了这次修改,那么 T< sub > 2< / sub > 读取的数据是脏数据。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/af0e94d9-502d-4531-938f-d46dd29de52d.png" width = "360px" > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 不可重复读
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
T< sub > 2< / sub > 读取一个数据, T< sub > 1< / sub > 对该数据做了修改。如果 T< sub > 2< / sub > 再次读取这个数据,此时读取的结果和第一次读取的结果不同。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/66ae164c-ad47-4905-895e-51fe38ce797a.png" width = "360px" > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 幻影读
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
T< sub > 1< / sub > 读取某个范围的数据, T< sub > 2< / sub > 在这个范围内插入新的数据, T< sub > 1< / sub > 再次读取这个范围的数据,此时读取的结果和和第一次读取的结果不同。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/8fdc577d-552d-4b43-b5e4-a8f98bc2cb51.png" width = "340px" > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-03 15:05:07 +08:00
----
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-03 15:05:07 +08:00
产生并发不一致性问题主要原因是破坏了事务的隔离性,解决方法是通过并发控制来保证隔离性。并发控制可以通过封锁来实现,但是封锁操作需要用户自己控制,相当复杂。数据库管理系统提供了事务的隔离级别,让用户以一种更轻松的方式处理并发一致性问题。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
# 三、封锁
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 封锁粒度
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
MySQL 中提供了两种封锁粒度:行级锁以及表级锁。
2018-04-14 20:09:42 +08:00
2018-04-06 22:46:59 +08:00
应该尽量只锁定需要修改的那部分数据,而不是所有的资源。锁定的数据量越少,发生锁争用的可能就越小,系统的并发程度就越高。
2018-06-03 15:05:07 +08:00
但是加锁需要消耗资源,锁的各种操作(包括获取锁、释放锁、以及检查锁状态)都会增加系统开销。因此封锁粒度越小,系统开销就越大。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-04-14 20:09:42 +08:00
在选择封锁粒度时,需要在锁开销和并发程度之间做一个权衡。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/1a851e90-0d5c-4d4f-ac54-34c20ecfb903.jpg" width = "300" / > < / div > < br >
2018-08-06 22:29:40 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 封锁类型
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 1. 读写锁
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- 排它锁( Exclusive) , 简写为 X 锁,又称写锁。
- 共享锁( Shared) , 简写为 S 锁,又称读锁。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
有以下两个规定:
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- 一个事务对数据对象 A 加了 X 锁,就可以对 A 进行读取和更新。加锁期间其它事务不能对 A 加任何锁。
- 一个事务对数据对象 A 加了 S 锁,可以对 A 进行读取操作,但是不能进行更新操作。加锁期间其它事务能对 A 加 S 锁,但是不能加 X 锁。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
锁的兼容关系如下:
2019-03-27 20:57:37 +08:00
| - | X | S |
| :--: | :--: | :--: |
2018-08-16 22:34:21 +08:00
|X|× |× |
|S|× |√|
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 2. 意向锁
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
使用意向锁( Intention Locks) 可以更容易地支持多粒度封锁。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
在存在行级锁和表级锁的情况下,事务 T 想要对表 A 加 X 锁,就需要先检测是否有其它事务对表 A 或者表 A 中的任意一行加了锁,那么就需要对表 A 的每一行都检测一次,这是非常耗时的。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
意向锁在原来的 X/S 锁之上引入了 IX/IS, IX/IS 都是表锁,用来表示一个事务想要在表中的某个数据行上加 X 锁或 S 锁。有以下两个规定:
2018-05-11 16:20:53 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- 一个事务在获得某个数据行对象的 S 锁之前,必须先获得表的 IS 锁或者更强的锁;
- 一个事务在获得某个数据行对象的 X 锁之前,必须先获得表的 IX 锁。
2018-05-11 16:20:53 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
通过引入意向锁,事务 T 想要对表 A 加 X 锁,只需要先检测是否有其它事务对表 A 加了 X/IX/S/IS 锁,如果加了就表示有其它事务正在使用这个表或者表中某一行的锁,因此事务 T 加 X 锁失败。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
各种锁的兼容关系如下:
2019-03-27 20:57:37 +08:00
| - | X | IX | S | IS |
| :--: | :--: | :--: | :--: | :--: |
|X |× |× |× | × |
|IX |× |√ |× | √|
|S |× |× |√ | √|
|IS |× |√ |√ | √|
2018-05-11 16:20:53 +08:00
解释如下:
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- 任意 IS/IX 锁之间都是兼容的,因为它们只是表示想要对表加锁,而不是真正加锁;
- S 锁只与 S 锁和 IS 锁兼容,也就是说事务 T 想要对数据行加 S 锁,其它事务可以已经获得对表或者表中的行的 S 锁。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 封锁协议
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 1. 三级封锁协议
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
**一级封锁协议**
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
事务 T 要修改数据 A 时必须加 X 锁,直到 T 结束才释放锁。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-03 15:05:07 +08:00
可以解决丢失修改问题,因为不能同时有两个事务对同一个数据进行修改,那么事务的修改就不会被覆盖。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
| T< sub > 1< / sub > | T< sub > 2< / sub > |
| :--: | :--: |
| lock-x(A) | |
| read A=20 | |
| | lock-x(A) |
| | wait |
| write A=19 |. |
| commit |. |
| unlock-x(A) |. |
| | obtain |
| | read A=19 |
| | write A=21 |
| | commit |
| | unlock-x(A)|
**二级封锁协议**
在一级的基础上,要求读取数据 A 时必须加 S 锁,读取完马上释放 S 锁。
可以解决读脏数据问题,因为如果一个事务在对数据 A 进行修改,根据 1 级封锁协议,会加 X 锁,那么就不能再加 S 锁了,也就是不会读入数据。
| T< sub > 1< / sub > | T< sub > 2< / sub > |
| :--: | :--: |
| lock-x(A) | |
| read A=20 | |
| write A=19 | |
| | lock-s(A) |
| | wait |
| rollback | .|
| A=20 |. |
| unlock-x(A) |. |
| | obtain |
| | read A=20 |
| | unlock-s(A)|
| | commit |
**三级封锁协议**
在二级的基础上,要求读取数据 A 时必须加 S 锁,直到事务结束了才能释放 S 锁。
可以解决不可重复读的问题,因为读 A 时,其它事务不能对 A 加 X 锁,从而避免了在读的期间数据发生改变。
| T< sub > 1< / sub > | T< sub > 2< / sub > |
| :--: | :--: |
| lock-s(A) | |
| read A=20 | |
| |lock-x(A) |
| | wait |
| read A=20| . |
| commit | .|
| unlock-s(A) |. |
| | obtain |
| | read A=20 |
| | write A=19|
| | commit |
| | unlock-X(A)|
### 2. 两段锁协议
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-03 15:05:07 +08:00
加锁和解锁分为两个阶段进行。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-03 15:05:07 +08:00
可串行化调度是指,通过并发控制,使得并发执行的事务结果与某个串行执行的事务结果相同。
事务遵循两段锁协议是保证可串行化调度的充分条件。例如以下操作满足两段锁协议,它是可串行化调度。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
```html
2018-04-13 18:55:05 +08:00
lock-x(A)...lock-s(B)...lock-s(C)...unlock(A)...unlock(C)...unlock(B)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
```
但不是必要条件,例如以下操作不满足两段锁协议,但是它还是可串行化调度。
```html
2018-04-24 13:18:09 +08:00
lock-x(A)...unlock(A)...lock-s(B)...unlock(B)...lock-s(C)...unlock(C)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
```
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## MySQL 隐式与显示锁定
2018-05-11 16:20:53 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
MySQL 的 InnoDB 存储引擎采用两段锁协议,会根据隔离级别在需要的时候自动加锁,并且所有的锁都是在同一时刻被释放,这被称为隐式锁定。
2018-05-11 16:20:53 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
InnoDB 也可以使用特定的语句进行显示锁定:
2018-05-11 16:20:53 +08:00
```sql
2019-03-27 20:57:37 +08:00
SELECT ... LOCK In SHARE MODE;
SELECT ... FOR UPDATE;
2018-05-11 16:20:53 +08:00
```
2019-03-27 20:57:37 +08:00
# 四、隔离级别
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 未提交读( READ UNCOMMITTED)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
事务中的修改,即使没有提交,对其它事务也是可见的。
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 提交读( READ COMMITTED)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
一个事务只能读取已经提交的事务所做的修改。换句话说,一个事务所做的修改在提交之前对其它事务是不可见的。
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 可重复读( REPEATABLE READ)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
保证在同一个事务中多次读取同样数据的结果是一样的。
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 可串行化( SERIALIZABLE)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
强制事务串行执行。
2018-06-03 15:05:07 +08:00
----
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
| 隔离级别 | 脏读 | 不可重复读 | 幻影读 | 加锁读 |
| :---: | :---: | :---:| :---: | :---: |
| 未提交读 | √ | √ | √ | × |
| 提交读 | × | √ | √ | × |
| 可重复读 | × | × | √ | × |
| 可串行化 | × | × | × | √ |
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
# 五、多版本并发控制
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
多版本并发控制( Multi-Version Concurrency Control, MVCC) 是 MySQL 的 InnoDB 存储引擎实现隔离级别的一种具体方式,用于实现提交读和可重复读这两种隔离级别。而未提交读隔离级别总是读取最新的数据行,无需使用 MVCC。可串行化隔离级别需要对所有读取的行都加锁, 单纯使用 MVCC 无法实现。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 版本号
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- 系统版本号:是一个递增的数字,每开始一个新的事务,系统版本号就会自动递增。
- 事务版本号:事务开始时的系统版本号。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 隐藏的列
2018-08-16 22:34:21 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
MVCC 在每行记录后面都保存着两个隐藏的列,用来存储两个版本号:
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- 创建版本号:指示创建一个数据行的快照时的系统版本号;
- 删除版本号:如果该快照的删除版本号大于当前事务版本号表示该快照有效,否则表示该快照已经被删除了。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## Undo 日志
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
MVCC 使用到的快照存储在 Undo 日志中, 该日志通过回滚指针把一个数据行( Record) 的所有快照连接起来。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/e41405a8-7c05-4f70-8092-e961e28d3112.jpg" width = "" / > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 实现过程
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-03 15:05:07 +08:00
以下实现过程针对可重复读隔离级别。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
当开始新一个事务时,该事务的版本号肯定会大于当前所有数据行快照的创建版本号,理解这一点很关键。
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 1. SELECT
2018-04-14 20:09:42 +08:00
2018-08-16 22:34:21 +08:00
多个事务必须读取到同一个数据行的快照,并且这个快照是距离现在最近的一个有效快照。但是也有例外,如果有一个事务正在修改该数据行,那么它可以读取事务本身所做的修改,而不用和其它事务的读取结果一致。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
把没有对一个数据行做修改的事务称为 T, T 所要读取的数据行快照的创建版本号必须小于 T 的版本号,因为如果大于或者等于 T 的版本号, 那么表示该数据行快照是其它事务的最新修改, 因此不能去读取它。除此之外, T 所要读取的数据行快照的删除版本号必须大于 T 的版本号,因为如果小于等于 T 的版本号,那么表示该数据行快照是已经被删除的,不应该去读取它。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 2. INSERT
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-04-14 20:09:42 +08:00
将当前系统版本号作为数据行快照的创建版本号。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 3. DELETE
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-04-14 20:09:42 +08:00
将当前系统版本号作为数据行快照的删除版本号。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 4. UPDATE
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
将当前系统版本号作为更新前的数据行快照的删除版本号,并将当前系统版本号作为更新后的数据行快照的创建版本号。可以理解为先执行 DELETE 后执行 INSERT。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 快照读与当前读
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 1. 快照读
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
使用 MVCC 读取的是快照中的数据,这样可以减少加锁所带来的开销。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
```sql
2019-03-27 20:57:37 +08:00
select * from table ...;
2018-04-06 22:46:59 +08:00
```
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 2. 当前读
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
读取的是最新的数据,需要加锁。以下第一个语句需要加 S 锁,其它都需要加 X 锁。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
```sql
2019-03-27 20:57:37 +08:00
select * from table where ? lock in share mode;
select * from table where ? for update;
2018-04-06 22:46:59 +08:00
insert;
2018-04-13 18:55:05 +08:00
update;
2018-04-06 22:46:59 +08:00
delete;
```
2019-03-27 20:57:37 +08:00
# 六、Next-Key Locks
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
Next-Key Locks 是 MySQL 的 InnoDB 存储引擎的一种锁实现。
2018-08-06 22:29:40 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
MVCC 不能解决幻读的问题, Next-Key Locks 就是为了解决这个问题而存在的。在可重复读( REPEATABLE READ) 隔离级别下, 使用 MVCC + Next-Key Locks 可以解决幻读问题。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## Record Locks
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-08-12 22:53:28 +08:00
锁定一个记录上的索引,而不是记录本身。
2018-08-06 22:29:40 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
如果表没有设置索引, InnoDB 会自动在主键上创建隐藏的聚簇索引,因此 Record Locks 依然可以使用。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## Gap Locks
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
锁定索引之间的间隙,但是不包含索引本身。例如当一个事务执行以下语句,其它事务就不能在 t.c 中插入 15。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
```sql
2019-03-27 20:57:37 +08:00
SELECT c FROM t WHERE c BETWEEN 10 and 20 FOR UPDATE;
2018-04-06 22:46:59 +08:00
```
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## Next-Key Locks
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
它是 Record Locks 和 Gap Locks 的结合, 不仅锁定一个记录上的索引, 也锁定索引之间的间隙。例如一个索引包含以下值: 10, 11, 13, and 20, 那么就需要锁定以下区间:
2018-04-06 22:46:59 +08:00
```sql
2019-03-27 20:57:37 +08:00
(negative infinity, 10]
(10, 11]
(11, 13]
(13, 20]
(20, positive infinity)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
```
2019-03-27 20:57:37 +08:00
# 七、关系数据库设计理论
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 函数依赖
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
记 A->B 表示 A 函数决定 B, 也可以说 B 函数依赖于 A。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
如果 {A1, A2, ... , An} 是关系的一个或多个属性的集合,该集合函数决定了关系的其它所有属性并且是最小的,那么该集合就称为键码。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
对于 A->B, 如果能找到 A 的真子集 A',使得 A'-> B, 那么 A->B 就是部分函数依赖,否则就是完全函数依赖。
2018-06-03 15:05:07 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
对于 A->B, B->C, 则 A->C 是一个传递函数依赖。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 异常
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
以下的学生课程关系的函数依赖为 Sno, Cname -> Sname, Sdept, Mname, Grade, 键码为 {Sno, Cname}。也就是说,确定学生和课程之后,就能确定其它信息。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
| Sno | Sname | Sdept | Mname | Cname | Grade |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |:---:|
| 1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 | 课程-1 | 90 |
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 80 |
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-1 | 100 |
| 3 | 学生-3 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 95 |
2018-04-06 22:46:59 +08:00
不符合范式的关系,会产生很多异常,主要有以下四种异常:
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- 冗余数据:例如 `学生-2` 出现了两次。
- 修改异常:修改了一个记录中的信息,但是另一个记录中相同的信息却没有被修改。
- 删除异常:删除一个信息,那么也会丢失其它信息。例如删除了 `课程-1` 需要删除第一行和第三行,那么 `学生-1` 的信息就会丢失。
- 插入异常:例如想要插入一个学生的信息,如果这个学生还没选课,那么就无法插入。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 范式
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-12 17:26:19 +08:00
范式理论是为了解决以上提到四种异常。
2019-03-27 20:57:37 +08:00
高级别范式的依赖于低级别的范式, 1NF 是最低级别的范式。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/c2d343f7-604c-4856-9a3c-c71d6f67fecc.png" width = "300" / > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 1. 第一范式 (1NF)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-08-06 22:29:40 +08:00
属性不可分。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 2. 第二范式 (2NF)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
每个非主属性完全函数依赖于键码。
可以通过分解来满足。
2019-03-27 20:57:37 +08:00
< font size = 4 > **分解前** </ font >< br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
| Sno | Sname | Sdept | Mname | Cname | Grade |
| :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |:---:|
| 1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 | 课程-1 | 90 |
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 80 |
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-1 | 100 |
| 3 | 学生-3 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 95 |
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
以上学生课程关系中,{Sno, Cname} 为键码,有如下函数依赖:
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- Sno -> Sname, Sdept
- Sdept -> Mname
- Sno, Cname-> Grade
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
Grade 完全函数依赖于键码,它没有任何冗余数据,每个学生的每门课都有特定的成绩。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
Sname, Sdept 和 Mname 都部分依赖于键码,当一个学生选修了多门课时,这些数据就会出现多次,造成大量冗余数据。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
< font size = 4 > **分解后** </ font >< br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
关系-1
2019-03-27 20:57:37 +08:00
| Sno | Sname | Sdept | Mname |
| :---: | :---: | :---: | :---: |
| 1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 |
| 2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 |
| 3 | 学生-3 | 学院-2 | 院长-2 |
2018-04-06 22:46:59 +08:00
有以下函数依赖:
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- Sno -> Sname, Sdept
- Sdept -> Mname
2018-04-06 22:46:59 +08:00
关系-2
2019-03-27 20:57:37 +08:00
| Sno | Cname | Grade |
| :---: | :---: |:---:|
| 1 | 课程-1 | 90 |
| 2 | 课程-2 | 80 |
| 2 | 课程-1 | 100 |
| 3 | 课程-2 | 95 |
2018-04-06 22:46:59 +08:00
有以下函数依赖:
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- Sno, Cname -> Grade
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
### 3. 第三范式 (3NF)
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-18 11:09:10 +08:00
非主属性不传递函数依赖于键码。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
上面的 关系-1 中存在以下传递函数依赖:
2018-08-16 22:34:21 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- Sno -> Sdept -> Mname
2018-08-16 22:34:21 +08:00
可以进行以下分解:
2018-04-06 22:46:59 +08:00
关系-11
2019-03-27 20:57:37 +08:00
| Sno | Sname | Sdept |
| :---: | :---: | :---: |
| 1 | 学生-1 | 学院-1 |
| 2 | 学生-2 | 学院-2 |
| 3 | 学生-3 | 学院-2 |
2018-04-06 22:46:59 +08:00
关系-12
2019-03-27 20:57:37 +08:00
| Sdept | Mname |
| :---: | :---: |
| 学院-1 | 院长-1 |
| 学院-2 | 院长-2 |
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
# 八、ER 图
2018-04-06 22:46:59 +08:00
Entity-Relationship, 有三个组成部分: 实体、属性、联系。
2018-06-12 17:26:19 +08:00
用来进行关系型数据库系统的概念设计。
2018-06-03 16:56:52 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 实体的三种联系
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-06-03 15:05:07 +08:00
包含一对一,一对多,多对多三种。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
- 如果 A 到 B 是一对多关系,那么画个带箭头的线段指向 B;
- 如果是一对一,画两个带箭头的线段;
- 如果是多对多,画两个不带箭头的线段。
2018-08-16 22:34:21 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
下图的 Course 和 Student 是一对多的关系。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/292b4a35-4507-4256-84ff-c218f108ee31.jpg" width = "" / > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 表示出现多次的关系
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-08-16 22:34:21 +08:00
一个实体在联系出现几次,就要用几条线连接。
2019-03-27 20:57:37 +08:00
下图表示一个课程的先修关系,先修关系出现两个 Course 实体,第一个是先修课程,后一个是后修课程,因此需要用两条线来表示这种关系。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/8b798007-e0fb-420c-b981-ead215692417.jpg" width = "" / > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 联系的多向性
2018-04-06 22:46:59 +08:00
虽然老师可以开设多门课,并且可以教授多名学生,但是对于特定的学生和课程,只有一个老师教授,这就构成了一个三元联系。
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/423f2a40-bee1-488e-b460-8e76c48ee560.png" width = "" / > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2018-08-16 22:34:21 +08:00
一般只使用二元联系,可以把多元联系转换为二元联系。
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-04-25 18:43:33 +08:00
< div align = "center" > < img src = "https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/de9b9ea0-1327-4865-93e5-6f805c48bc9e.png" width = "" / > < / div > < br >
2018-04-06 22:46:59 +08:00
2019-03-27 20:57:37 +08:00
## 表示子类
2018-04-06 22:46:59 +08:00
用一个三角形和两条线来连接类和子类,与子类有关的属性和联系都连到子类上,而与父类和子类都有关的连到父类上。
2019-04-25 18:43:33 +08:00
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2019-03-27 20:57:37 +08:00
# 参考资料
- AbrahamSilberschatz, HenryF.Korth, S.Sudarshan, 等. 数据库系统概念 [M]. 机械工业出版社, 2006.
- 施瓦茨. 高性能 MYSQL(第3版)[M]. 电子工业出版社, 2013.
- 史嘉权. 数据库系统概论[M]. 清华大学出版社有限公司, 2006.
- [The InnoDB Storage Engine ](https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-storage-engine.html )
- [Transaction isolation levels ](https://www.slideshare.net/ErnestoHernandezRodriguez/transaction-isolation-levels )
- [Concurrency Control ](http://scanftree.com/dbms/2-phase-locking-protocol )
- [The Nightmare of Locking, Blocking and Isolation Levels! ](https://www.slideshare.net/brshristov/the-nightmare-of-locking-blocking-and-isolation-levels-46391666 )
- [Database Normalization and Normal Forms with an Example ](https://aksakalli.github.io/2012/03/12/database-normalization-and-normal-forms-with-an-example.html )
- [The basics of the InnoDB undo logging and history system ](https://blog.jcole.us/2014/04/16/the-basics-of-the-innodb-undo-logging-and-history-system/ )
- [MySQL locking for the busy web developer ](https://www.brightbox.com/blog/2013/10/31/on-mysql-locks/ )
- [浅入浅出 MySQL 和 InnoDB ](https://draveness.me/mysql-innodb )
- [Innodb 中的事务隔离级别和锁的关系 ](https://tech.meituan.com/2014/08/20/innodb-lock.html )
2019-05-08 11:43:20 +08:00
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2019-03-27 20:57:37 +08:00
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