文件锁定与事务处理全解析

### 文件锁定与事务处理全解析 在多用户环境下操作文件和数据时，锁定机制和事务处理是保障数据一致性和并发操作正确性的关键。下面将详细介绍不同的锁定类型、事务处理的基本概念和实现方法。 #### 锁定类型 在选择如何锁定文件时，有以下几种常见的方法： - **悲观锁定**：避免冲突，但会降低系统性能。 - **乐观锁定**：能够检测冲突，以便后续解决。 - **过度乐观锁定**：完全忽略冲突问题。 ##### 悲观锁定 悲观锁定是指在实体存在于应用程序内存（通常以对象形式）的整个期间，在数据库中对其进行锁定。这种锁定方式会限制或阻止其他用户对数据库中的该实体进行操作。悲观锁定主要分为写锁和读锁： - **写锁**：持有写锁的用户打算更新实体，不允许其他任何人读取、更新或删除该实体。例如，要更新代表Doug Emerson的Customer对象的值，首先将该对象加载到内存中，并对Customer类映射的行加上写锁。处理完对象后决定保存时，将属性值写入锁定行的相应列，然后解锁。解锁后，其他用户就可以对这些行进行操作。 - **读锁**：持有读锁的用户不希望在持有锁期间实体发生变化，允许其他用户读取该实体，但不允许更新或删除。读锁的范围可以是整个数据库、表、行集合或单行，分别称为数据库锁、表锁、页锁和行锁。读锁常用于需要数据一致视图的过程，如生成特定时间段的销售报告或将数据转换为其他格式的批处理作业。然而，读锁存在死锁问题。死锁发生在一个活动持有一个实体的锁，另一个活动持有另一个实体的锁，且每个活动在继续执行之前都需要锁定对方持有的实体。例如，“我”有车钥匙但需要钱去购物，“女朋友”有钱但需要车钥匙去上班，双方都拒绝先交出自己拥有的资源，导致都无法继续。解决死锁的一种方法是引入优先级和超时机制，但这又会带来活锁问题，即低优先级的进程由于高优先级进程的不断抢占，永远无法访问所需的实体。 悲观锁定的优点是易于实现，能保证对数据库的更改一致且安全；主要缺点是可扩展性较差，当系统用户众多、事务涉及大量实体或事务持续时间较长时，等待锁释放的可能性增加，限制了系统支持的并发用户数量。 ##### 乐观锁定 在多用户系统中，冲突发生的频率通常较低。例如，“你”处理Wayne Miller对象，“我”处理John Berg对象，就不会发生冲突。此时，乐观锁定是一种可行的并发控制策略。其核心思想是接受冲突偶尔发生的事实，不试图阻止冲突，而是在冲突发生时进行检测和解决。 使用乐观锁定更新对象的逻辑如下： 1. 应用程序将对象加载到内存中，获取数据的读锁，读取数据到内存后释放锁。此时，可对行进行标记以方便检测冲突。 2. 应用程序操作对象，直到需要更新时，获取数据的写锁，并读取原始数据源以确定是否发生冲突。 3. 根据检测结果，要么确定没有冲突，更新数据并解锁；要么识别出发生了冲突，需要进行解决。 确定是否发生冲突有两种基本策略： - **使用唯一标识符标记源数据**：每次更新源数据行时，用唯一值进行标记。更新时检查标记，如果值与最初读取的不同，则说明源数据已被更新。常见的并发标记类型包括日期时间戳（由数据库服务器分配，以确保所有机器的时钟同步）、增量计数器、用户ID（要求每个人都有唯一ID，且只登录一台机器，应用程序确保内存中只有一个对象副本）以及全局唯一代理键生成器生成的值。 - **保留原始副本**：在更新时检索源数据，并与最初检索的值进行比较。如果值发生了变化，则说明发生了冲突。当无法在数据库模式中添加足够的列来维护并发标记时，这可能是唯一的选择。 实际上，可以通过一些方法减少数据库交互。例如，将最初的锁定、标记（如果需要）源数据和解锁操作作为一个事务执行；将锁定和获取源数据副本的操作合并为一次数据库访问；将更新和解锁操作也合并。还可以将最后四次交互合并为一个事务，并在数据库服务器而不是应用服务器上进行冲突检测。 乐观锁定的优点是可扩展性好，能支持比悲观锁定更多的并发用户；缺点是由于需要检测和解决冲突，比悲观锁定更复杂。 ##### 过度乐观锁定 这种策略既不试图避免也不检测冲突，假设冲突永远不会发生。它适用于单用户系统，即记录系统一次只允许一个用户或系统进程访问。但在多用户系统中，这种策略是完全不合适的。 #### 冲突解决策略 当检测到冲突时，可以采用以下五种基本策略来解决： - **放弃**：最简单的解决方案，检测到冲突后抛出异常或返回错误，通知调用应用程序，更改将丢失。 - **显示问题让用户决定**：报告冲突并向用户展示问题以进行解决。至少要显示问题描述，如“在你处理此客户信息时，其他用户已对其进行了更新”，并提供继续更新或取消的选项。 - **合并更改**：尝试确定哪些数据属性发生了变化，然后将两个更改合并。如果保留了原始数据的副本，并且现在有更改后的源数据副本，就可以分析两者以确定哪些属性发生了变化，并将这些差异展示给用户，让用户做出明智的决策。更冒险的做法是让系统自动“做正确的事”。 - **记录问题让他人稍后决定**：类似于显示问题，不同之处在于调用应用程序是无人值守运行的，可能是批处理作业，因此没有人可以当场解决问题。可能需要一个管理应用程序来处理记录的冲突，这些冲突可能是简单的数据库脚本或具有更复杂用户界面的程序。但这种方法存在一个问题，即在冲突最初记录和有人尝试解决期间，源数据可能会发生额外的变化。解决这个问题的一种方法是在冲突解决（或超时）之前对源数据加读锁。 - **忽略冲突并覆盖**：这种方法实际上承担了乐观锁定的额外开销，但本质上采取了过度乐观锁定的策略，不建议使用。 #### 事务处理相关概念 ##### 事务定义 商业事务是现实世界中企业与个人之间的交互，通常涉及某种交换。在线事务是执行一个程序，该程序通常通过访问共享数据源，为在线用户执行管理或实时功能（有些事务也可以