目录
五、多版本并发控制
多版本并发控制(Multi-Version Concurrency Control, MVCC)是 MySQL 的 InnoDB 存储引擎实现隔离级别的一种具体方式,用于实现提交读和可重复读这两种隔离级别。而未提交读隔离级别总是读取最新的数据行,无需使用 MVCC。可串行化隔离级别需要对所有读取的行都加锁,单纯使用 MVCC 无法实现。
版本号
- 系统版本号:是一个递增的数字,每开始一个新的事务,系统版本号就会自动递增。
- 事务版本号:事务开始时的系统版本号。
隐藏的列
MVCC 在每行记录后面都保存着两个隐藏的列,用来存储两个版本号:
- 创建版本号:指示创建一个数据行的快照时的系统版本号;
- 删除版本号:如果该快照的删除版本号大于当前事务版本号表示该快照有效,否则表示该快照已经被删除了。
Undo 日志
MVCC 使用到的快照存储在 Undo 日志中,该日志通过回滚指针把一个数据行(Record)的所有快照连接起来。
实现过程:
以下实现过程针对可重复读隔离级别。
当开始新一个事务时,该事务的版本号肯定会大于当前所有数据行快照的创建版本号,理解这一点很关键。
1. SELECT
多个事务必须读取到同一个数据行的快照,并且这个快照是距离现在最近的一个有效快照。但是也有例外,如果有一个事务正在修改该数据行,那么它可以读取事务本身所做的修改,而不用和其它事务的读取结果一致。
把没有对一个数据行做修改的事务称为 T,T 所要读取的数据行快照的创建版本号必须小于 T 的版本号,因为如果大于或者等于 T 的版本号,那么表示该数据行快照是其它事务的最新修改,因此不能去读取它。除此之外,T 所要读取的数据行快照的删除版本号必须大于 T 的版本号,因为如果小于等于 T 的版本号,那么表示该数据行快照是已经被删除的,不应该去读取它。
2. INSERT
将当前系统版本号作为数据行快照的创建版本号。
3. DELETE
将当前系统版本号作为数据行快照的删除版本号。
4. UPDATE
将当前系统版本号作为更新前的数据行快照的删除版本号,并将当前系统版本号作为更新后的数据行快照的创建版本号。可以理解为先执行 DELETE 后执行 INSERT。
快照读与当前读
1. 快照读
使用 MVCC 读取的是快照中的数据,这样可以减少加锁所带来的开销。
select * from table ...;
2. 当前读
读取的是最新的数据,需要加锁。以下第一个语句需要加 S 锁,其它都需要加 X 锁。
select * from table where ? lock in share mode;
select * from table where ? for update;
insert;
update;
delete;
六、Next-Key Locks
Next-Key Locks 是 MySQL 的 InnoDB 存储引擎的一种锁实现。
MVCC 不能解决幻读的问题,Next-Key Locks 就是为了解决这个问题而存在的。在可重复读(REPEATABLE READ)隔离级别下,使用 MVCC + Next-Key Locks 可以解决幻读问题。
Record Locks
锁定一个记录上的索引,而不是记录本身。
如果表没有设置索引,InnoDB 会自动在主键上创建隐藏的聚簇索引,因此 Record Locks 依然可以使用。
Gap Locks
锁定索引之间的间隙,但是不包含索引本身。例如当一个事务执行以下语句,其它事务就不能在 t.c 中插入 15。
SELECT age FROM user WHERE age BETWEEN 10 and 20 FOR UPDATE;
Next-Key Locks
它是 Record Locks 和 Gap Locks 的结合,不仅锁定一个记录上的索引,也锁定索引之间的间隙。例如一个索引包含以下值:10, 11, 13, and 20,那么就需要锁定以下区间:
(negative infinity, 10] (10, 11] (11, 13] (13, 20] (20, positive infinity)
七、关系数据库设计理论
函数依赖
记 A->B 表示 A 函数决定 B,也可以说 B 函数依赖于 A。
如果 {A1,A2,... ,An} 是关系的一个或多个属性的集合,该集合函数决定了关系的其它所有属性并且是最小的,那么该集合就称为键码。
对于 A->B,如果能找到 A 的真子集 A',使得 A'-> B,那么 A->B 就是部分函数依赖,否则就是完全函数依赖。
对于 A->B,B->C,则 A->C 是一个传递函数依赖。
异常
以下的学生课程关系的函数依赖为 Sno, Cname -> Sname, Sdept, Mname, Grade,键码为 {Sno, Cname}。也就是说,确定学生和课程之后,就能确定其它信息。
Sno | Sname | Sdept | Mname | Cname | Grade |
---|---|---|---|---|---|
1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 | 课程-1 | 90 |
2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 80 |
2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-1 | 100 |
3 | 学生-3 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 95 |
不符合范式的关系,会产生很多异常,主要有以下四种异常:
- 冗余数据:例如
学生-2
出现了两次。 - 修改异常:修改了一个记录中的信息,但是另一个记录中相同的信息却没有被修改。
- 删除异常:删除一个信息,那么也会丢失其它信息。例如删除了
课程-1
需要删除第一行和第三行,那么学生-1
的信息就会丢失。 - 插入异常:例如想要插入一个学生的信息,如果这个学生还没选课,那么就无法插入。
范式
范式理论是为了解决以上提到四种异常。
高级别范式的依赖于低级别的范式,1NF 是最低级别的范式。
1. 第一范式 (1NF)
属性不可分。
2. 第二范式 (2NF)
每个非主属性完全函数依赖于键码。
可以通过分解来满足。
分解前
Sno | Sname | Sdept | Mname | Cname | Grade |
---|---|---|---|---|---|
1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 | 课程-1 | 90 |
2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 80 |
2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-1 | 100 |
3 | 学生-3 | 学院-2 | 院长-2 | 课程-2 | 95 |
以上学生课程关系中,{Sno, Cname} 为键码,有如下函数依赖:
- Sno -> Sname, Sdept
- Sdept -> Mname
- Sno, Cname-> Grade
Grade 完全函数依赖于键码,它没有任何冗余数据,每个学生的每门课都有特定的成绩。
Sname, Sdept 和 Mname 都部分依赖于键码,当一个学生选修了多门课时,这些数据就会出现多次,造成大量冗余数据。
分解后
关系-1
Sno | Sname | Sdept | Mname |
---|---|---|---|
1 | 学生-1 | 学院-1 | 院长-1 |
2 | 学生-2 | 学院-2 | 院长-2 |
3 | 学生-3 | 学院-2 | 院长-2 |
有以下函数依赖:
- Sno -> Sname, Sdept
- Sdept -> Mname
关系-2
Sno | Cname | Grade |
---|---|---|
1 | 课程-1 | 90 |
2 | 课程-2 | 80 |
2 | 课程-1 | 100 |
3 | 课程-2 | 95 |
有以下函数依赖:
- Sno, Cname -> Grade
3. 第三范式 (3NF)
非主属性不传递函数依赖于键码。
上面的 关系-1 中存在以下传递函数依赖:
- Sno -> Sdept -> Mname
可以进行以下分解:
关系-11
Sno | Sname | Sdept |
---|---|---|
1 | 学生-1 | 学院-1 |
2 | 学生-2 | 学院-2 |
3 | 学生-3 | 学院-2 |
关系-12
Sdept | Mname |
---|---|
学院-1 | 院长-1 |
学院-2 | 院长-2 |
八、ER 图
Entity-Relationship,有三个组成部分:实体、属性、联系。
用来进行关系型数据库系统的概念设计。
1.实体的三种联系
包含一对一,一对多,多对多三种。
- 如果 A 到 B 是一对多关系,那么画个带箭头的线段指向 B;
- 如果是一对一,画两个带箭头的线段;
- 如果是多对多,画两个不带箭头的线段。
下图的 Course 和 Student 是一对多的关系。
2.表示出现多次的关系
一个实体在联系出现几次,就要用几条线连接。
下图表示一个课程的先修关系,先修关系出现两个 Course 实体,第一个是先修课程,后一个是后修课程,因此需要用两条线来表示这种关系。
3.联系的多向性
虽然老师可以开设多门课,并且可以教授多名学生,但是对于特定的学生和课程,只有一个老师教授,这就构成了一个三元联系。
一般只使用二元联系,可以把多元联系转换为二元联系。
4.表示子类
用一个三角形和两条线来连接类和子类,与子类有关的属性和联系都连到子类上,而与父类和子类都有关的连到父类上。