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前

  看了前几篇随笔，感觉有点翻译的味道，以后我尽量避免。

  这次我们要看的是关于数据库的并行控制的paper，是1976年的老文章了。这篇paper分为两个部分，第一部分介绍多粒度锁，讲的是在继承结构下的加锁方法，第二部分介绍关于多层级的isolation。

多粒度锁

  直觉上，排外锁（X）和共享锁（S）对于一个继承结构的数据系统（熟悉结构）是必须的。然而，这两种锁还不足以解决问题，比如有如下的结构。

  假设我们已经给D加了J锁，此时我们想要给D加X锁可以直接加锁，显然是有问题的，这需要我们在加锁前先查看所有的祖先结点和子孙结点是否被加锁，这显然不合理。为此需要一种新的锁--意图锁（I），加在共享锁或排外锁的所有祖先结点上，意图锁包含一个tag，暗示子结点加的锁的类型。比如在J结点加锁前，需要依次给A、D结点加一个共享意图锁（IS），表示这个结点有子孙结点被加了共享锁，同样，如果一个结点加了排外锁，那么就要所有的祖先结点加一个排外意图锁（IX）。

  以上的锁已经可以完成所有的情况要求，但是为性能考虑，还引入了一种锁--共享排他意图锁（SIX），即子孙结点既有S锁也有X锁。

锁的兼容关系

  锁的兼容关系如下表所示：

  其中，NL为non-lock。

加锁步骤

  我们先介绍一个静态的继承结构的加锁过程，然后再介绍动态继承结构的加锁过程。

静态结构加锁

  不管是树形结构，还是有向无环图（DAG），对一个结点加锁的步骤是相似的。S锁的祖先要加IS锁，X锁的祖先要加IX锁，释放锁的时候需要从末端到顶端释放锁。

动态结构加锁

  加锁的结构经常会有删除和插入操作，所以需要提供一种解决的机制。

  简单的说，需要修改的旧结点和需要增加的新结点都要加X锁。对于数据库来说，这种情况最常见于带有索引的表的操作。

  比如有一个银行账户的表，以用户所在地建立索引。如果我们想修改某个用户的账号余额，因为账号余额没有索引，所以可以直接修改（通过给自己加X锁和给祖先结点加IX锁）。如果要更改银行账户的地址，我们需要在索引和记录之间加一层索引块结构（一个索引块内的所有索引值相同），那么就要同时锁住被修改的地址的索引块和修改后的地址索引块，再进行修改。

其它问题

  加锁还涉及到其它的问题：调度、锁转换、死锁等，这里我就不赘述了。

DEGREES OF CONSISTENCY

  Consistency在不同的情境中有不同的定义，我们先明确在数据库中的定义：数据库内数据相互依赖的关系如果都成立，那么这个数据库就是consistent。

  比如说，count_x的值是var中值等于x的数量，如果所有的count_x都满足这个要求，那么这个数据库就是consistent。

  由多个原子操作组成的transaction执行过程中，不可避免的会产生暂时不一致性，借此将一致性分为四个等级。

  Transaction T有四个要求（不一定全部符合）：

1. T不会覆写其它事务未提交的数据。
2. T在最终提交之前不会提交任何写操作。
3. T不会读其它事务未提交的数据。
4. 在T结束前，其它事务不会覆写T读的数据。

  满足1、2、3、4条件的一致性度为3，满足1、2、3条件的一致性度为2，满足1、2条件的一致性度为1，只满足1条件的一致性度为0。

一致性的锁协议

  为了提供的不同一致性特性，就需要提供不同等级的锁协议。锁的分类有多种标准，除了上面的章节提到过了排它锁和共享锁，根据锁的存在时长，还分为短期锁（只锁住单一的操作）和长期锁（锁住整个事务）。

  对于不同等级的一致性，对应的锁协议如下：

• 程度3：事务T对1）写的数据设置长期排它锁，2）读的数据设置长期共享锁。
• 程度2：事务T对1）写的数据设置长期排它锁，2）读的数据设置（可能短期）共享锁。
• 程度1：事务T对1）写的数据设置长期排它锁。
• 程度0：事务T对1）写的数据设置（可能短期）排它锁。

事务计划

  一致性的需求来自多个事务通常有多个操作，每个事务操作同时运行时，需要避免事务间脏读。多个事务的执行顺序决定了最终所有事务运行的并行度。最简单有效的方法是一个事务所有的操作执行完，再执行另一个事务的所有事务（也就是所谓的serial）。

  具体一个事务的并行度确定是个比较复杂的问题，读者现在可以停一下，尝试自己提出一个确定多个事务并行度的方法。

  OK，接下来我们阐述并行度确定的算法。如果一个事务T需要的数据来自另一个事务T′的输出，那么T对T′存在依赖。依赖分为三种：<，<<，<<<，我们令a和a′为T的某个操作，意义如下：

• T<<<T′：如果  a是一个写操作，a′是一个写操作

                         或者   a是一个写操作，a′是一个读操作

                         或者   a是一个读操作，a′是一个写操作

• T<<T′：  如果   a是一个写操作，a′是一个写操作

                         或者   a是一个写操作，a′是一个读操作

• T<T′：    如果   a是一个写操作，a′是一个写操作

  这三种分别对应并行度3、并行度2、并行度1。根据两个事务间的依赖关系来决定事务的并行度。一般来说，如果多个事务可以serial，那么就可以根据其依赖关系确定每个事务的并行度。

红书推荐系列（六）： Granularity of Locks and Degrees of Consistency in a Shared Data Base

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原文地址：https://www.cnblogs.com/arch/p/13940850.html