两相锁定协议介绍

简介

两相锁定协议（Two-phase locking，2PL）是一种常用的并发控制协议，用于防止数据库中数据的并发修改和读取操作产生的冲突问题，从而确保数据的一致性性和完整性。

工作原理

在2PL协议中，事务需要经过两个阶段：Growing Phase（增长阶段）和Shrinking Phase（缩减阶段）。

• 在Growing Phase阶段，事务可以请求读取或修改数据库中的数据，并且可以进行撤销（Rollback）操作，但不能进行提交（Commit）操作。在这个阶段中，事务会一直获取新的锁，直到所有必需的锁都被获取到。

• 在Shrinking Phase阶段，事务可以进行提交操作，但不能进行撤销操作，并且会逐步释放已经获取的锁，直到所有锁都被释放。

优点

• 保证了事务之间的独立性，从而提高了数据的一致性和可靠性。

• 通过锁协议确保了并发事务的正确执行，从而避免了死锁问题的发生。

缺点

• 每个事务在执行时，需要获取所有必需的锁，在高并发的情况下，会导致大量的锁等待，降低数据库的效率。

• 不容易扩展到分布式多服务器环境下。

代码片段

# 示例代码 - Python

# 实现两相锁定协议的类
class TwoPhaseLocking:
    def __init__(self):
        self.lock_table = {} # 锁表

    # 增长阶段
    def growing_phase(self, transaction, lock_mode, key):
        if key not in self.lock_table:
            self.lock_table[key] = []
        if lock_mode == "S":
            # 共享锁
            read_lock = [(transaction, "S")]
            for lock in self.lock_table[key]:
                if lock[1] == "X":
                    # 有排它锁，等待
                    read_lock = None
                    break
                elif lock[1] == "S":
                    # 有共享锁，加入读锁队列
                    read_lock.append(lock)
            if read_lock:
                self.lock_table[key] = read_lock
                return True
        elif lock_mode == "X":
            # 排它锁
            if not self.lock_table[key]:
                # 没有锁，可以直接加锁
                self.lock_table[key] = [(transaction, "X")]
                return True
            else:
                # 已有锁，判断是否可以加锁
                if len(self.lock_table[key]) == 1 and self.lock_table[key][0][0] == transaction:
                    # 已经有自己的锁，可以继续加锁
                    self.lock_table[key].append((transaction, "X"))
                    return True
        return False

    # 缩减阶段
    def shrinking_phase(self, transaction):
        for key in self.lock_table:
            for i, lock in enumerate(self.lock_table[key]):
                if lock[0] == transaction:
                    # 释放该事务的锁
                    self.lock_table[key].pop(i)

    # 提交事务，进入缩减阶段
    def commit(self, transaction):
        self.shrinking_phase(transaction)

    # 撤销事务，进入缩减阶段
    def rollback(self, transaction):
        self.shrinking_phase(transaction)