[發(fā)明專利]一種分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的并發(fā)訪問控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010007610.X
• 申請日: 2020-01-04
• 公開（公告）號: CN111259071B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐昶;岑躍峰;馬偉鋒;岑崗;張宇來;程志剛;盧方
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江科技學(xué)院
• 主分類號: G06F16/27
• 分類號: G06F16/27;G06F9/52
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發(fā)明公開了一種分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的并發(fā)訪問控制方法。本發(fā)明使用客戶端的時間戳加硬件唯一標(biāo)識來生成事務(wù)號。當(dāng)只讀事務(wù)第一次訪問某行數(shù)據(jù)時，讀取該行數(shù)據(jù)最新提交版本，并將該版本事務(wù)號記錄在客戶端，為重復(fù)訪問提供憑據(jù)。當(dāng)讀寫事務(wù)讀取某行數(shù)據(jù)時，讀取該行數(shù)據(jù)最新提交版本，并在該行所在節(jié)點的內(nèi)存中增加該行的讀鎖。當(dāng)讀寫事務(wù)更新某行數(shù)據(jù)時，將行的當(dāng)前版本的事務(wù)號和更新的內(nèi)容緩存在客戶端。事務(wù)提交時，再將這次更新的內(nèi)容發(fā)到對應(yīng)節(jié)點，并根據(jù)該行的當(dāng)前狀態(tài)來決定更新是否可行，當(dāng)需要等待或回滾時，根據(jù)事務(wù)號的次序關(guān)系使其中一個事務(wù)回滾。本發(fā)明避免了在分布式環(huán)境下進(jìn)行代價極高的死鎖檢測，獲得高并發(fā)性和高一致性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息領(lǐng)域，具體為一種分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的并發(fā)訪問控制方法。

背景技術(shù)

由于芯片制造工藝已經(jīng)接近極限，近年來計算機(jī)中央處理器的主頻率已經(jīng)不再提高，而互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展又催生了海量數(shù)據(jù)處理的業(yè)務(wù)需求，因此數(shù)據(jù)處理技術(shù)開始向大規(guī)模分布式處理方向發(fā)展。當(dāng)前的分布式數(shù)據(jù)庫軟件往往架構(gòu)在成百上千臺計算機(jī)上，通過局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)通信進(jìn)行協(xié)作處理數(shù)據(jù)，并作為一個整體對外提供服務(wù)，讓上層應(yīng)用像訪問單機(jī)數(shù)據(jù)庫一樣訪問系統(tǒng)。

在分布式數(shù)據(jù)庫中，最難處理的問題是并發(fā)訪問控制，也就是在有很多事務(wù)同時訪問數(shù)據(jù)庫時，如何保證數(shù)據(jù)訪問的正確性。在數(shù)據(jù)庫理論中，通常一個可串行化序列被認(rèn)為是可接受的合法序列，而為了保證并發(fā)事務(wù)的訪問序列可串行化，傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫采用二階段鎖協(xié)議來保證事務(wù)的隔離。簡單來說，當(dāng)事務(wù)讀取數(shù)據(jù)時對該行數(shù)據(jù)加讀鎖，當(dāng)事務(wù)更新數(shù)據(jù)時對該行數(shù)據(jù)加寫鎖，事務(wù)在生命周期內(nèi)一直持有訪問行上的鎖，只有當(dāng)事務(wù)提交或回退時才將鎖釋放。

然而，在分布式環(huán)境中，二階段鎖協(xié)議難以被直接應(yīng)用，其原因在于，如果將加鎖信息集中在某一個計算機(jī)節(jié)點上處理，則所有的訪問會段集中在這個節(jié)點上，使得系統(tǒng)喪失了延展性和高可靠性；而如果將鎖信息和數(shù)據(jù)一樣分布在各個節(jié)點上，則死鎖檢測的代價大到無法忍受，因為死鎖檢測必須在網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境下檢查是否有等待成環(huán)。

在現(xiàn)今的分布式環(huán)境中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)往往采取一種樂觀的多版本協(xié)議。每個事務(wù)按照提交順序被賦予一個遞增的時間戳，當(dāng)事務(wù)更新數(shù)據(jù)庫的時候，其更新的行被打上這個時間戳，而事務(wù)讀取的是小于自己開始時間戳之前的最大時間戳版本的數(shù)據(jù)。事務(wù)的更新在提交階段才對相應(yīng)行加上寫鎖，并在加不上寫鎖時宣告失敗以避免死鎖。這種并發(fā)控制方法可以避免加讀鎖，保證了只讀事務(wù)的正確運行，提高了系統(tǒng)并發(fā)度，同時避免了死鎖檢測。但其問題在于：1)一個遞增的時間戳同樣會造成系統(tǒng)延展性的瓶頸，因為所有的事務(wù)都必須在開始和提交時同步訪問這個時間戳生成器；2)當(dāng)兩個事務(wù)彼此更新產(chǎn)生死鎖條件，即產(chǎn)生如下的序列時：

理論上只需要事務(wù)一和事務(wù)二中的一個回滾，另一個事務(wù)即可以執(zhí)行成功，但樂觀并發(fā)協(xié)議卻有可能造成兩個事務(wù)互相加不上寫鎖而同時回滾，使系統(tǒng)的錯誤率上升。3)在發(fā)生寫偏斜時，即發(fā)生以下的序列時，在多版本并發(fā)控制方法下是可以通過的，但卻并不是一個合法的可串行化序列：

此時事務(wù)一和事務(wù)二的訪問序列彼此依賴，無法被串行化，破壞了數(shù)據(jù)庫的一致性要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的并發(fā)訪問控制方法，將本方法應(yīng)用到分布式數(shù)據(jù)庫環(huán)境下，即可以實現(xiàn)高并發(fā)的訪問性能，同時還可以避免寫偏斜，保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的高一致性。

為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案進(jìn)行實現(xiàn)：

一種分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的并發(fā)訪問控制方法，該方法使用客戶端的時間戳加硬件唯一標(biāo)識來生成事務(wù)號，事務(wù)號不需要在節(jié)點間進(jìn)行同步即可以保持全局唯一性，且具有一定程度上的時序性。