数据库并发控制技术(八)

4.死锁和活锁

封锁技术可以有效地解决并行操作的一致性问题，但也带来一些新的问题，即死锁和活锁的问题。

（1）活锁

如果事务T1封锁了数据对象R后，事务T2也请求封锁R，于是T2等待。接着T3也请求封锁R。T1释放R上的锁后，系统首先批准了T3的请求，T2只得继续等待。接着T4也请求封锁R，T3释放R上的锁后，系统又批准了T4的请求……，T2有可能就这样永远等待下去。这就是活锁的情形，如下图所示。

避免活锁的简单方法是采用先来先服务的策略。当多个事务请求封锁同一数据对象时，封锁子系统按请求封锁的先后次序对这些事务排队，该数据对象上的锁一旦释放，首先批准申请队列中第一个事务获得锁。

（2）死锁

如果事务T1封锁了数据A，事务T2封锁了数据B。之后T1又申请封锁数据B，因T2已封锁了B，于是T1等待T2释放B上的锁。接着T2又申请封锁A，因T1已封锁了A，T2也只能等待T1释放A上的锁。这样就出现了T1在等待T2，而T2又在等待T1的局面，T1和T2两个事务永远不能结束，形成死锁。如下图所示。

死锁问题在操作系统和一般并行处理中已做了深入研究，但数据库系统有其自己的特点，操作系统中解决死锁的方法并不一定合适数据库系统。

目前在数据库中解决死锁问题主要有两类方法，一类方法是采取一定措施来预防死锁的发生，另一类方法是允许发生死锁，采用一定手段定期诊断系统中有无死锁，若有则解除之。

①死锁的预防

在数据库系统中，产生死锁的原因是两个或多个事务都已封锁了一些数据对象，然后又都请求对已为其他事务封锁的数据对象加锁，从而出现死锁等待。防止死锁的发生其实就是要破坏产生死锁的条件。预防死锁通常有两种方法。

一次封锁法

一次封锁法要求每个事务必须一次将所有要使用的数据全部加锁，否则就不能继续执行。例如，在上图的例子中，如果事务T1将数据对象A和B一次加锁，T1就可以执行下去，而T2等待。T1执行完后释放A，B上的锁，T2继续执行。这样就不会发生死锁。

一次封锁法虽然可以有效地防止死锁的发生，但也存在问题。第一，一次就将以后要用到的全部数据加锁，势必扩大了封锁的范围，从而降低了系统的并发度。第二，数据库中数据是不断变化的，原来不要求封锁的数据，在执行过程中可能会变成封锁对象，所以很难实现精确地确定每个事务所要封锁的数据对象，只能采取扩大封锁范围，将事务在执行过程中可能要封锁的数据对象全部加锁，这就进一步降低了并发度。

顺序封锁法

顺序封锁法是预先对数据对象规定一个封锁顺序，所有事务都按这个顺序执行封锁。在上例中，我们规定封锁顺是A，B，T1和T2都按此顺序封锁，即T2也必须先封锁A。当T2请求A的封锁时，由于T1已经封锁住A，T2就只能等待。T1释放A，B上的锁后，T2继续运行。这样就不会发生死锁。

顺序封锁法同样可以有效地防止死锁，但也同样存在问题。第一，数据库系统中可封锁的数据对象及其众多，并且随数据的插入、删除等操作而不断地变化，要维护这样极多而且变化的资源的封锁顺序非常困难，成本很高。第二，事务的封锁请求可以随着事务的执行而动态地决定，很难事先确定每一个事务要封锁哪些对象，因此也就很难按规定的顺序取施加封锁。例如，规定数据对象的封锁顺序为A，B，C，D，E。事务T3起初要求封锁数据对象B，C，E，但当它封锁B，C后，才发现还需要封锁A，这样就破坏了封锁顺序。

可见，在操作系统中广为采用的预防死锁的策略并不很适合数据库的特点，因此DBMS在解决死锁的问题上更普遍采用的是诊断并解除死锁的方法。

②死锁的诊断与解除

数据库系统中诊断死锁的方法与操作系统类似，即使用一个事务等待图，它动态地反映所有事务的等待状况。并发控制子系统周期性地（比如每隔1分钟）检测事务等待图，如果发现图中存在回路，则表示系统中出现了死锁。关于诊断死锁的详细讨论请参阅操作系统的有关书籍。

DBMS的并发控制子系统一旦检测到系统中存在死锁，就要设法解除。通常采用的方法是选择一个处理死锁代价最小的事务，将其撤销，释放此事务持有的所有的锁，使其他事务能继续运行下去。