民族古籍?dāng)?shù)字化保護系統(tǒng)中ＯＲＡＣＬＥ數(shù)據(jù)庫的并發(fā)控制研究

摘 要：文章給出了在民族古籍?dāng)?shù)字化保護系統(tǒng)操作中典型的并發(fā)事件(丟失更新)解決的兩種封鎖機制。在操作時，采用適當(dāng)?shù)姆怄i機制，鎖定需要修改的“行”，防止并發(fā)事件的產(chǎn)生，以保證數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性。

關(guān)鍵詞：民族古籍?dāng)?shù)字化保護系統(tǒng)；并發(fā)控制；悲觀封鎖；樂觀封鎖

0 引言

在民族古籍?dāng)?shù)字化保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，多個用戶程序(如查詢和著錄)可以并行地存取數(shù)據(jù)庫，如果不對并發(fā)操作進行控制，會出現(xiàn)存取不正確數(shù)據(jù)，或破壞數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的一致性的問題。

1 并發(fā)事件的產(chǎn)生

數(shù)據(jù)庫是一個共享資源，可為多個應(yīng)用程序共享。這些應(yīng)用程序可以串行運行，但在許多情況下，可能多個程序或一個程序的多個進程并行地運行，這就是數(shù)據(jù)庫的并行操作。并發(fā)操作帶來的數(shù)據(jù)不一致性包括三類：丟失修改、不可重復(fù)讀和讀“臟”數(shù)據(jù)。

例如：在古書籍子系統(tǒng)的修改操作中，下面的事件依次發(fā)生時會丟失一個更新操作。

(1)用戶1檢索一行數(shù)據(jù)。

(2)用戶2檢索相同的行。

(3)用戶1修改那個行，更新數(shù)據(jù)庫并提交。

(4)用戶2修改那個行，更新數(shù)據(jù)庫并提交。

具體地說，當(dāng)用戶1移動到屏幕上的“書籍版本(andoctype)”字段時，修改了版本信息，單擊保存，并獲得更新已經(jīng)成功的確認。但此時，另一個用戶2已經(jīng)早于用戶1五分鐘前就在查詢記錄了，而且屏幕上顯示的仍然是舊數(shù)據(jù)。用戶1隨后到來。用戶2隨后更新了“書籍標(biāo)題(title)”字段，也單擊了保存，用戶2完全沒有意識到他已經(jīng)重寫了用戶1對字段的更改，填寫了老數(shù)據(jù)。之所以可能發(fā)生此事，是因為應(yīng)用程序開發(fā)人員，發(fā)現(xiàn)更新所有列比更改其中一列更容易，寫出的程序中，在更改一個指定字段時，會刷新該記錄的所有字段。

防止并發(fā)事件的產(chǎn)生，最常見的措施是對數(shù)據(jù)進行封鎖控制。

2 封鎖

2．1 鎖的功能

Oracle通過使用一個內(nèi)部封鎖機制維護數(shù)據(jù)的完整性、并行性和一致陸。鎖用于限制其他用戶對數(shù)據(jù)的存取。Oracle通過獲得不同類型的鎖，允許或阻止其他用戶對相同資源的同時存取并確保不破壞數(shù)據(jù)的完整性，從而自動滿足了數(shù)據(jù)的完整性、并行性和一致性。

Oracle在兩個不同級亡提供讀取一致性：語句級讀取一致性和事務(wù)級讀取一致性。Oracle總是實施語句級一致陸保證單個查詢所返回的數(shù)據(jù)與查詢開始時刻的數(shù)據(jù)相一致。一個查詢不會看到在查詢過程中提交的其他事務(wù)所進行的任何修改。事務(wù)級讀取一致性是指同一個事務(wù)中的所有數(shù)據(jù)對時間點是一致的。

2．2 封鎖機制

丟失更新是一個常見助數(shù)據(jù)庫問題。很多工具，例如ORACLE表單工具(ORACLE FORMS)，通過對記錄進行鎖定以保證記錄在查詢時不可更改，可以避免此類問題的發(fā)生，民族古籍?dāng)?shù)字化保護系統(tǒng)是基于J2EE平臺的，用JAVA語言編寫的系統(tǒng)，做不到這一點。在后臺進行保護的工具所做的工作，或開發(fā)人員必須自己做的工作，是從兩種封鎖類型中選擇使用一種封鎖。

(1)悲觀封鎖

用戶在屏幕上修改值之前，這個鎖定方法就要起作用。例如，用戶計劃對他選擇的某個特定行執(zhí)行更新，如單擊屏幕上的“修改”按鈕，就會放上一個行鎖。

悲觀鎖定(pessimistic locking)僅用于有狀態(tài)(stateful)或有連接(connected)環(huán)境，即應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫有一條連續(xù)的連接，并且至少在事務(wù)生存期中只有一個用戶使用這條連接。每個應(yīng)用都得到數(shù)據(jù)庫的一條直接連接，這條連接只能由該應(yīng)用實例使用。這種采用有狀態(tài)方式的連接方法已經(jīng)不太常見了，特別是隨著20世紀(jì)90年代中后期應(yīng)用服務(wù)器的出現(xiàn)，有狀態(tài)連接更是少見。

假設(shè)使用的是一條有狀態(tài)連接，應(yīng)用可以查詢數(shù)據(jù)而不做任何鎖定：

andoc＠ANDOCS>select andocid， andoctype， title fromancientdocs where andocid=10;

最后，用戶選擇他想更新的一行。在上面的查詢中，假如用戶選擇更新andooctype行。在這個時間點上(即用戶還沒有在屏幕上做任何修改，但是行已經(jīng)從數(shù)據(jù)庫中讀出一段時間了)，應(yīng)用會綁定用戶選擇的值，從而查詢數(shù)據(jù)庫，并確保數(shù)據(jù)尚未修改。在SQL*Plus中，為了模擬可能執(zhí)行的綁定調(diào)用，可以執(zhí)行下面的命令：

andoc＠ANDOCS> variable andocid number

andoc＠ANDOCS> variable andoctype vachaer2(1000)

andoc＠ANDOCS> variable title vachaer2(1000)

andoc＠ANDOCS> exec:andocid:=10; :andocypte:=“藏文”，:title:=“懷念故鄉(xiāng)”；

PL/SQL procedure successfully completed.

下面，除了簡單地查詢值并驗證數(shù)據(jù)尚未修改外，要使用FOR UPDATE NOWAIT鎖定這一行。應(yīng)用要執(zhí)行一下查詢：

andoc＠ANDOCS> select andocid， andoctype， title

2 from ancientdocs

3 where andocid=:andocid

4 and andoctype=:andoctype

5 and title=:title

6 for update nowait

7/

根據(jù)要查詢的where條件，應(yīng)用將提供綁定變量的值，然后重新從數(shù)據(jù)庫查詢這一行，這一次會鎖定這一行，不允許其他會話更新。這種方法稱為悲觀鎖定(pessimistic locking)。

所有表都應(yīng)該有一個主鍵，而且主鍵是不可變的。以上代碼運行中，可能出現(xiàn)三種情況：

(1)如果底層數(shù)據(jù)沒有改變，就會再次得到標(biāo)題(titel)為“懷念故鄉(xiāng)”這一行，而且這一行會被鎖定，不允許其他會話更新，但是允許其他會話讀。

(2)如果另一個用戶正在更新這一行，就會得到一個ORA-00054：resource busy(ORA-00054：資源忙)錯誤。相應(yīng)地，必須等待更新這一行的用戶執(zhí)行完工作。

(3)在選擇數(shù)據(jù)和計劃更新之間，如果有人已經(jīng)修改了這一行，就會得到。行。這說明，屏幕數(shù)據(jù)是過時的。為了避免丟失更新情況，應(yīng)用程序需要重新查詢(requery)，并允許在最終用戶修改之前鎖定數(shù)據(jù)。有了悲觀鎖定，用戶2試圖更新“書籍標(biāo)題(title)”字段時，應(yīng)用程序會識別出“書籍版本(andoctype)”字段已經(jīng)修改，所以會重新查詢數(shù)據(jù)。因此，用戶2不會用這個字段的舊數(shù)據(jù)覆蓋用戶1的修改。

當(dāng)成功地鎖定了這一行，應(yīng)用程序就會綁定新值，執(zhí)行更新命令后，提交所做的修改：

andoc＠ANDOCS> update ancientdocs

2 set andoctype=:andoctype， title=:title

3 where andocid=:andocid;

andoc＠ANDOCS> commit;

Commit complete.

現(xiàn)在就可以安全地修改這一行了。它不可能覆蓋其他人所做的修改，因為已經(jīng)驗證了在最初讀出數(shù)據(jù)之后以及對數(shù)據(jù)鎖定之前數(shù)據(jù)沒有改變。

(2)樂觀封鎖

第二種方法稱為樂觀鎖定(optimistic locking)，即把所有鎖定都延遲到即將執(zhí)行更新之前才做。

這種鎖定方法在所有環(huán)境下都行得通，但是采用這種方法，執(zhí)行更新的用戶“失敗”的可能性會加大。當(dāng)這個用戶要更新他的數(shù)據(jù)行時，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)修改過，就必須從頭再來。

可以在應(yīng)用程序中同時保留舊值和新值，然后在更新數(shù)據(jù)時使用下面的更新語句，這是樂觀鎖定常用的一種實現(xiàn)形式：

Update table

Set column1=:new_column1， column2=: new_column2，…

where primary_key=:primary_key

and column1=:old_column1

and column2=:old_column2…

此時，我們樂觀地認為數(shù)據(jù)沒有修改。在這中情況下，如果更新語句更新了一行，那么更新成功，這說明在讀數(shù)據(jù)和提交更新之間，數(shù)據(jù)沒有改變。但是如果更新了0行，則更新操作失敗，有另外用戶已經(jīng)修改了數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在必須確定應(yīng)用中下一步要做什么，是讓最終用戶查詢這一行現(xiàn)在的新值，然后再重新開始事務(wù)呢?還是根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則解決更新沖突，試圖合并兩個更新的值?

實際上，前面的UPDATE能避免丟失更新，但是有可能被阻塞，在等待另一個會話執(zhí)行對這一行的UPDATE時，它會掛起。如果所有的會話都使用樂觀鎖定，那么使用直接的UPDATE一般能成功，因為執(zhí)行更新并提交時，行只會被鎖定很短的時間。但是，如果某些會話使用了悲觀鎖定，它會在一段相對較長的時間內(nèi)持有行上的鎖，可能就會考慮使用SELECTFOR UPDATE NOWAIT，以此來驗證行是否未被修改，并在即將更新操作之前鎖定以避免另一個會話阻塞。

3 結(jié)束語

本文給出了在民族古籍?dāng)?shù)字化保護系統(tǒng)操作中典型的解決并發(fā)事件(丟失更新)的兩種封鎖機制。在實際工作中，可選用適當(dāng)?shù)姆怄i機制，鎖定需要修改的“行”，防止并發(fā)事件的產(chǎn)生，以保證數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性。