两相锁定 (2-PL) 并发控制协议 |设置 3

简介

在数据库中，为了保证数据的一致性和安全性，需要采用并发控制机制。两相锁定 (Two-Phase Locking, 2-PL) 并发控制协议是一种较为常用的基于锁的并发控制协议，它通过对事务的加锁和释放锁进行管理，实现对事务的并发控制。2-PL协议对事务的执行过程进行两个阶段的约束：加锁阶段和解锁阶段。

加锁阶段

在加锁阶段，事务需要获取所有需要的锁，这包括共享锁 (S锁) 和排他锁 (X锁) 两种。S锁用于读取共享数据，X锁则用于更新和删除数据。当一个事务T1需要对某个数据项进行操作时，必须先判断该数据项是否处于可用状态(未被其他事务加锁)，若该数据项没有被其他事务加锁，则T1可以为该数据项加上所需的锁，并对其执行操作；否则，T1将阻塞等待该数据项的锁被释放。

解锁阶段

在解锁阶段，事务需要将所有加的锁全部释放。当事务T1执行完所有操作后，应立即释放所有锁，以便其他事务能够对该数据进行操作。

2-PL的优点

2-PL协议的优点在于简单易用，容易实现，并且能够有效地避免数据库中数据的不一致性和冲突问题。在实际应用中，2-PL协议也是一种比较通用和广泛使用的并发控制方法。

代码片段

# 2-PL协议实现示例
# 获取共享锁
def acquire_shared_lock(transaction, data_item):
    if data_item.lock is None:
        # 如果数据项没有被加锁，则加上S锁
        data_item.lock = SharedLock()
        data_item.lock.holders.append(transaction)
        transaction.locks.append(data_item.lock)
    elif type(data_item.lock) is SharedLock:
        # 如果数据项已被S锁保护，则添加当前事务为锁的持有者
        data_item.lock.holders.append(transaction)
        transaction.locks.append(data_item.lock)
    else:
        # 如果数据项已被X锁保护，则等待X锁释放
        transaction.block()
        acquire_shared_lock(transaction, data_item)

# 获取排他锁
def acquire_exclusive_lock(transaction, data_item):
    if data_item.lock is None:
        # 如果数据项没有被加锁，则加上X锁
        data_item.lock = ExclusiveLock()
        data_item.lock.holder = transaction
        transaction.locks.append(data_item.lock)
    elif type(data_item.lock) is SharedLock:
        # 如果数据项已被S锁保护，则等待S锁释放
        transaction.block()
        acquire_exclusive_lock(transaction, data_item)
    else:
        # 如果数据项已被X锁保护且是当前事务的，则继续执行
        if data_item.lock.holder == transaction:
            return
        # 如果数据项已被其他事务加锁，则等待锁释放
        else:
            transaction.block()
            acquire_exclusive_lock(transaction, data_item)

以上代码演示了如何使用2-PL协议实现对数据项的加锁和解锁操作。通过调用acquire_shared_lock和acquire_exclusive_lock函数，可以为事务加上所需的共享锁和排他锁，并在事务执行完操作后将锁释放。需要注意的是，在实际使用中还需要处理死锁和事务回滚等问题，以保证数据的一致性和安全性。