事务是数据库系统中不可分割的逻辑工作单位，( )不属于事务的特性。<br />

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第10题

知识点：并发控制事务事务的特性数据库数据库系统

关键词：数据库系统数据数据库章/节：数据库系统

事务是数据库系统中不可分割的逻辑工作单位，( )不属于事务的特性。

A. 持久性

B. 原子性

C. 一致性

D. 并发性

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知识点讲解
· 并发控制 · 事务 · 事务的特性 · 数据库 · 数据库系统

并发控制

在多用户共享系统中，许多事务可能同时对同一数据进行操作，称为并发操作，此时数据库管理系统的并发控制子系统负责协调并发事务的执行，保证数据库的完整性不受破坏，同时避免用户得到不正确的数据。

并发操作的问题

数据库的并发操作带来的主要问题有：丢失更新问题，不一致分析问题（读过时的数据），依赖于未提交更新的问题（读脏数据）。这3个问题需要DBMS的并发控制子系统来解决。

（1）丢失更新（丢失修改）：两个事务T₁和T₂读入同一数据并修改，T₂提交的结果破坏了T₁提交的结果，T₁的修改丢失。

（2）读过时的数据（不可重复读）：事务T₁读取某一数据，事务T₂读取并修改了同一数据，T₁为了对读取值进行校对再读此数据，得到了不同的结果。例如，T₁读取B= 100，T₂读取B并把B改为200，T₁再读B得200，与第一次读取值不一致。

（3）读脏数据：事务T₁修改某一数据，事务T₂读取同一数据，而T₁由于某种原因被撤销，则T₂读到的数据就为“脏”数据，即不正确的数据。例如，T₁把C由100改为200，T₂读到C为200，而事务T₁由于被撤销，其修改宣布无效，C恢复为原值100，而T₂却读到了C为200，与数据库内容不一致。

例如，假设某3个事务T₁、T₂和T₃并发执行的过程如下表所示。

事务并发执行的过程

在上表中，事务T₁、T₂分别对数据D₁、D₂和D₃进行读写操作，在t₄时刻，事务T₁将D₁、D₂和D₃相加存入X₁，X₁等于450。在t₈时刻，事务T₂将D₃减去D₂存入D₂，D₂等于200。在t₁₃时刻，事务T₁将D₁、D₂和D₃相加存入X₁，X₁等于550，验算结果不对。这种情况就属于不可重复读。在t₁₄时刻事务T₃将D₂加50存入D₂，D₂等于150。这样，就丢失了事务T₂对D₂的修改，这种情况就属于丢失更新。

封锁的类型

处理并发控制的主要方法是采用封锁技术，主要有有两种类型的封锁，分别是X封锁和S封锁。

（1）排他型封锁（X封锁）：如果事务T对数据A（可以是数据项、记录、数据集以至整个数据库）实现了X封锁，那么只允许事务T读取和修改数据A，其他事务要等事务T解除X封锁以后，才能对数据A实现任何类型的封锁。可见X封锁只允许一个事务独锁某个数据，具有排他性。

（2）共享型封锁（S封锁）：X封锁只允许一个事务独锁和使用数据，要求太严。需要适当从宽，如可以允许并发读，但不允许修改，这就产生了S封锁的概念。S封锁的含义是：如果事务T对数据A实现了S封锁，那么允许事务T读取数据A，但不能修改数据A，在所有S封锁解除之前决不允许任何事务对数据A实现X封锁。

封锁协议

在多个事务并发执行的系统中，主要采取封锁协议来进行处理。

（1）一级封锁协议：事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁，直到事务结束才释放。一级封锁协议可防止丢失更新，并保证事务T是可恢复的。但不能保证可重复读和不读脏数据。

（2）二级封锁协议：一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前先对其加S锁，读完后即可释放S锁。二级封锁协议可防止丢失更新，还可防止读脏数据。但不能保证可重复读。

（3）三级封锁协议：一级封锁协议加上事务T在读取数据R之前先对其加S锁，直到事务结束才释放。三级封锁协议可防止丢失更新、防止读脏数据与数据重复读。

（4）两段锁协议：所有事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁。其中扩展阶段是在对任何数据进行读、写操作之前，首先要申请并获得对该数据的封锁；收缩阶段是在释放一个封锁之后，事务不能再申请和获得任何其他封锁。若并发执行的所有事务均遵守两段封锁协议，则对这些事务的任何并发调度策略都是可串行化的（可以避免丢失更新、不可重复读和读脏数据问题）。遵守两段封锁协议的事务可能发生死锁。

所谓封锁的粒度即是被封锁数据目标的大小，在关系数据库中封锁粒度有属性值、属性值集、元组、关系、某索引项（或整个索引）、整个关系数据库、物理页（块）等几种。

：封锁粒度小则并发性高，但开销大；封锁粒度大则并发性低，但开销小，综合平衡照顾不同需求以合理选取适当的封锁粒度是很重要的。

死锁

采用封锁的方法固然可以有效防止数据的不一致性，但封锁本身也会产生一些麻烦，最主要就是死锁问题。死锁是指多个用户申请不同封锁，由于申请者均拥有一部分封锁权而又需等待另外用户拥有的部分封锁而引起的永无休止的等待。死锁是可以避免的，目前采用的办法有如下两种。

（1）预防法：采用一定的操作方式以避免死锁的出现，顺序申请法、一次申请法等即是此类方法。顺序申请法是指对封锁对象按序编号，用户申请封锁时必须按编号顺序（从小到大或反之）申请，这样能避免死锁发生；一次申请法是指用户在一个完整操作过程中必须一次性申请它所需要的所有封锁，并在操作结束后一次性归还所有封锁，这样就能避免死锁的发生。

（2）死锁的解除法：允许产生死锁，并在死锁产生后通过解锁程序以解除死锁。这种方法中需要有两个程序，一个是死锁检测程序，用它测定死锁是否发生；另一个是解锁程序，一旦检测到系统已产生死锁，则启动解锁程序以解除死锁。

事务

概述

事务（Transaction）是一系列的数据库操作，是数据库应用程序的基本逻辑单位，即应用程序对数据库的操作都应该以事务的方式进行。

事务是一个操作序列，这些操作“要么都做，要么都不做”，是数据库环境中不可分割的逻辑工作单位。事务和程序是两个不同的概念，一般一个程序可包含多个事务。

事务通常由数据库操纵语言或其他高级语言（如SQL、CoBOL、C、C++、Java等）书写的用户程序来实现。一个事务由应用程序的一组操作序列组成，它以BEGIN TRANSACTION语句开始，以END TRANSACTION结束语句。

事务定义的语句如下：

（1）BEGIN TRANSACTION：事务开始。

（2）END TRANSACTION：事务结束。

（3）COMMIT：事务提交。该操作表示事务成功地结束，它将通知事务管理器该事务的所有更新操作现在可以被提交或永久地保留。

（4）ROLLBACK：事务回滚。该操作表示事务非成功地结束，它将通知事务管理器出故障了，数据库可能处于不一致状态，该事务的所有更新操作必须回滚或撤销。

典型的例子是银行转账业务。对“从账户A转入账户B金额x元”业务，站在顾客角度来看，转账是一次单独操作；而站在数据库系统的角度它至少是由两个操作组成的，第一步从账户A减去x元，第二步给账户B加上x元。下面是银行转账事务的伪代码：

SQL中事务的开始与结束

SQL标准规定当一条SQL语句被执行，就隐式地开始了一个事务，SQL中的Commit work和Rollback work语句之一会结束一个事务。

（1）Commit work：提交当前事务。这意味着将该事务所做的更新在数据库中永久保存。一旦事务被提交后，一个新的事务自动开始。

（2）Rollback work：回滚当前事务。这意味着将撤销该事务对数据库的更新。这样，数据库恢复到该事务执行第一条语句之前的状态。

需要注意的是，若事务已执行了Commit work，就不能用Rollback work来撤销。数据库系统能保证在发生诸如某条SQL语句错误、断电、系统崩溃的情况下，若事务还没有执行Commit work，则所造成的影响将被回滚。对断电、系统崩溃的情况，回滚是在系统重新启动时进行。

事务的特性

事务具有四个特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持久性（Durability）。这四个特性通常被称为事务的ACID特性，这一缩写取自四个特性的英文首字母。事务四个特性的含义如下所述：

（1）原子性：事务的所有操作在数据库中要么全做要么全都不做。如银行转账中的两个操作必须做为一个单位来处理，不能只执行部分操作。

（2）一致性：一个事务独立执行的结果，将保持数据的一致性，即数据不会因为事务的执行而遭受破坏。数据的一致性是对现实世界的真实状态的描述，如银行转账业务，一旦执行该业务后应该是账目平衡的。数据库在运行过程中会出现瞬间的不一致状态，如从A账户减去x元到给B账户加上X元之前这段时间数据是不一致的，但这种不一致只能出现在事务执行过程中，并且不一致的数据不能被其他事务所访问。一致性可以由DBMS的完整性约束机制来自动完成，而复杂的事务则由应用程序来完成。

（3）隔离性：一个事务的执行不能被其他事务干扰。并发事务在执行过程中可能会对同一数据进行操作，这些事务的操作应该不会相互干扰，是相互隔离的。如事务执行中数据不一致性状态出现时不能让其他事务读取到不一致的数据。

（4）持久性：一个事务一旦提交，它对数据库的改变必须是永久的，即便系统出现故障时也是如此。如转账事务执行成功后，A、B两个账户上的余额就是一个新的值，在没有出现下一个事务对其修改之前一直保持不变，即使系统出现故障，也应该恢复到这个值。

数据库

数据库（DataBase，DB）是指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。

系统使用的所有数据存储在一个或几个数据库中。

数据库系统

简单地说，数据库系统就是基于数据库的计算机应用系统。这样一个系统包括以下内容。

①以数据为主体的数据库。

②管理数据库的系统（DBMS）。

③支持数据库系统的计算机硬件环境和操作系统环境。

④管理和使用数据库系统的人——数据库管理员。

1）数据库的定义和特征

数据库，顾名思义就是存放数据的仓库，这种想当然的理解是不准确的。数据库对应的英文单词是DataBase，如果直译则是数据基地；而数据仓库则另有其词DataWarehouse。所以数据库和数据仓库不是同义词，数据仓库是在数据库技术的基础上发展起来的又一新的应用领域。

数据库技术发展到今天已经是一门成熟的技术，但却没有一个被普遍接受的、严格的定义。数据库是相互关联数据的集合，这是大家公认的数据库的基本特征之一。下面一段话概括了数据库应该具备的一些特征，也可以把它作为数据库的定义。

数据库是相互关联数据的集合，它用综合的方法组织数据，具有较小的数据冗余，可供多个用户共享，具有较高的数据独立性，具有安全控制机制，能够保证数据的安全、可靠，允许并发地使用数据库，能有效、及时地处理数据，并能保证数据的一致性和完整性。

（1）相互关联的数据集合。数据库中的数据不是孤立的，数据与数据之间是相互关联的。也就是说，在数据库中不仅要能够表示数据本身，还要能够表示数据与数据之间的联系。比如在学籍管理中，有学生和课程两类数据，在数据库中除了要存放这两类数据之外，还要存放哪些学生选修了哪些课程或哪些课程由哪些学生选修这样的信息，这就反映了学生数据和课程数据之间的联系。

（2）用综合的方法组织数据。数据库能够根据不同的需要按不同的方法组织数据，如可以用顺序组织方法、索引组织方法、聚集（Cluster）组织方法等。

（3）低冗余与数据共享。由于在数据库技术之前，数据文件都是独立的，所以任何数据文件都必须含有满足某应用的全部数据。比如，人事部门有一个职工文件，教育部门也有一个职工文件，两个部门的职工文件中都有"职工基本情况"的数据，也就是说这一部分数据是重复存储的，如果还有第三、第四个部门也有类似的职工文件，那么重复存储所造成的空间浪费是很大的。在数据库中，可以共享类似"职工基本情况"这样的共用数据，从而降低数据的冗余度。

（4）数据具有较高的独立性。数据独立性是指数据的组织和存储方式与应用程序互不依赖、彼此独立的特性。在数据库技术之前，数据文件的组织方式和应用程序是密切相关的，当改变数据结构时，相应的应用程序也必须随之修改，这样就大大增加了应用程序的开发代价和维护代价。而数据库技术却可以使数据的组织和存储方法与应用程序互不依赖，从而大大降低应用程序的开发代价和维护代价。

（5）保证数据的安全、可靠。数据库技术要能够保证数据库中的数据是安全、可靠的。数据库要有一套安全机制，以便可以有效地防止数据库中的数据被非法使用或非法修改；数据库还要有一套完整的备份和恢复机制，以便保证当数据遭到破坏时（软件或硬件故障引起的），能立刻将数据完全恢复，从而保证系统能够连续、可靠地运行。

（6）最大限度地保证数据的正确性。保证数据正确的特性在数据库中称为数据完整性。在数据库中可以通过建立一些约束条件保证数据库中的数据是正确的。比如输入年龄小于0或者大于200时，数据库能够主动拒绝这类错误。

（7）数据可以并发使用并能同时保证数据的一致性。数据库中的数据是共享的，并且允许多个用户同时使用同一数据，这就要求数据库能够协调一致，保证各个用户之间对数据的操作不发生矛盾和冲突，即在多个用户同时使用数据库的情况下，能够保证数据的一致性和正确性。

2）数据库管理系统

数据库的各种功能和特性，并不是数据库中的数据所固有的，而是靠管理或支持数据库的系统软件——数据库管理系统（DataBase Management System, DBMS）提供的。一个完备的数据库管理系统应该具备上一节提到的各种功能，其任务就是对数据资源进行管理，并且使之能为多个用户共享，同时还能保证数据的安全性、可靠性、完整性、一致性，并要保证数据的高度独立性。一个数据库管理系统应该具备以下功能。

（1）数据库定义功能。可以定义数据库的结构和数据库的存储结构，可以定义数据库中数据之间的联系，可以定义数据的完整性约束条件和保证完整性的触发机制等。

（2）数据库操纵功能。可以完成对数据库中数据的操纵，可以装入、删除、修改数据，可以重新组织数据库的存储结构，可以完成数据库的备份和恢复等操作。

（3）数据库查询功能。可以以各种方式提供灵活的查询功能，可以使用户方便地使用数据库中的数据。

（4）数据库控制功能。可以完成对数据库的安全性控制、完整性控制、多用户环境下的并发控制等各方面的控制。

（5）数据库通信功能。在分布式数据库或提供网络操作功能的数据库中还必须提供数据库的通信功能。

3）数据库管理员

从事数据库管理工作的人员称为数据库管理员（DataBase Administrator, DBA）。DBA有大量的工作要做，既有技术方面的工作，又有管理方面的工作，要参加数据库开发和使用的全部工作。总体来说，DBA的工作可以概括如下。

（1）在数据库规划阶段要参与选择和评价与数据库有关的计算机软件和硬件，要与数据库用户共同确定数据库系统的目标和数据库应用需求，要确定数据库的开发计划。

（2）在数据库设计阶段要负责数据库标准的制定和共用数据字典的研制，要负责各级数据库模式的设计，要负责数据库安全、可靠方面的设计。

（3）在数据库运行阶段首先要负责对用户进行数据库方面的培训；要负责数据库的转储和恢复；要负责对数据库中的数据进行维护；要负责监视数据库的性能，并调整、改善数据库的性能，提高系统的效率；要继续负责数据库安全系统的管理；要在运行过程中发现问题、解决问题。

4）数据库的发展

数据库的核心任务是数据管理，它包括数据的分类、组织、编码、存储、检索和维护等。数据管理经历了以下3个阶段。

（1）人工管理阶段。人工管理阶段是指计算机诞生的初期（20世纪50年代中期以前）。这个时期的计算机技术，从硬件看还没有磁盘这样的可直接存取的存储设备，从软件看没有操作系统，更没有管理数据的软件。这个时期数据管理的特点如下。

①数据不保存。因为计算机主要用于科学计算，一般也不需要长期保存数据，只是在完成某一个计算或课题时才将数据输入，然后不仅原始数据不保存，计算结果也不保存。

②没有文件的概念。这个时期的数据组织必须由每个程序的程序员自行组织和安排。

③一组数据对应一个程序。每组数据只对应一个应用，即使两个程序用到相同的数据，也必须各自定义、各自组织，数据无法共享、无法相互利用和互相参照。因此，程序和程序之间有大量的数据重复。

④没有形成完整的数据管理的概念。由于以上几个特点及没有对数据进行管理的软件系统，所以这个时期的每个程序都要包括数据存取方法、输入输出方法和数据组织方法等。因为程序是直接面向存储结构的，所以存储结构的任何一点修改，都会导致程序的修改，程序与数据不具有独立性。

（2）文件系统阶段。文件系统阶段是指20世纪50年代后期到60年代中期这一阶段。从那时起，计算机不仅大量用于科学计算，也开始大量用于信息管理。像磁盘这样的直接存取存储设备也已经出现，在软件方面也有了操作系统和高级语言，还有了专门用于数据管理的软件，即文件系统（或操作系统的文件管理部分）。这个阶段的数据管理具有以下特点。

①数据可以长期保存在磁盘上，也可以反复使用，即可以经常对文件进行查询、修改、插入和删除等操作。

②操作系统提供了文件管理功能和访问文件的存取方法，程序和数据之间有了数据存取的接口，程序开始通过文件名和数据打交道，可以不再关心数据的物理存放位置。因此，这时也有了数据的物理结构和数据的逻辑结构的区别。程序和数据之间有了一定的独立性。

③文件的形式已经多样化。由于有了磁盘这样的直接存取存储设备，文件也就不再局限于顺序文件，也有了索引文件、链表文件等。因而，对文件的访问可以是顺序访问，也可以是直接访问。但文件之间是独立的，它们之间的联系要通过程序去构造，文件的共享性还比较差。

④有了存储文件以后，数据就不再仅仅属于某个特定的程序，而是可以由多个程序反复使用。但文件结构的设计仍然是基于特定的用途，程序仍然是基于特定的物理结构和存取方法编制的。因此，数据的存储结构和程序之间的依赖关系并未根本改变。

⑤数据的存取基本上以记录为单位。

（3）数据库系统阶段。数据库系统阶段从20世纪60年代后期开始，数据库技术的诞生既有计算机技术的发展做依托，又有数据管理的需求做动力。数据库的数据不再是面向某个应用或某个程序，而是面向整个企业（组织）或整个应用。

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