DBMS中两阶段锁定的类型

两阶段锁定（2PL）是数据库管理系统中用来确保并发事务的一致性和隔离性的基本技术。在这篇文章中，我们将讨论2PL的三个类别：严格的2PL、严格的2PL和保守的2PL，并解释它们在锁协议方面的区别。我们还将提供带有解释的代码例子，以说明这些类别如何在实践中实现。

两相锁的介绍

在深入了解2PL的具体类别之前，让我们首先回顾一下2PL的基本知识。两阶段锁是一种技术，用于控制数据库管理系统中对共享资源的并发访问。2PL的基本思想是确保一个事务只能在它释放了所有现有的锁之后才能获得资源的锁。这可以防止死锁，当两个或更多的事务在等待对方释放锁时，死锁就会发生。

2PL的两个阶段是增长阶段和缩减阶段。在增长阶段，一个事务在它需要资源时获得锁。在收缩阶段，一个事务释放它不再需要的资源锁。这两个阶段之间的过渡被称为提交点，它标志着一个事务被认为已经完成了它的执行。

严格的两相锁定（严格的2PL）

严格的2PL是2PL的最严格的形式。在严格的2PL中，一个事务在到达提交点之前不允许释放任何锁。这意味着一个事务将持有它所有的锁，直到它完成执行并准备提交。

严格2PL的一个优点是它保证了可序列化，这是事务之间最高级别的隔离。换句话说，在严格的2PL下执行的并发事务的结果将与它们一个接一个地执行是一样的。

严格的2PL的缺点是，它可能会导致并发性下降和对资源的争夺增加，因为事务在提交之前不能释放锁。

# Strict 2PL example
def strict_2pl(transaction_a, transaction_b):

   # Begin transaction A
   transaction_a.begin()

   # Transaction A acquires lock on resource X
   transaction_a.lock(resource_x)

   # Transaction A performs operation on resource X
   transaction_a.operate(resource_x)

   # Commit transaction A
   transaction_a.commit()

   # Begin transaction B
   transaction_b.begin()

   # Transaction B acquires lock on resource X
   transaction_b.lock(resource_x)

   # Transaction B performs operation on resource X
   transaction_b.operate(resource_x)

   # Commit transaction B
   transaction_b.commit()

如上例所示，在严格的2PL中，事务A必须获得并保持资源X的锁，直到它完成执行并到达提交点。同样地，事务B也必须获得并保持资源X的锁，直到它完成执行并达到提交点。

严格的两相锁定（严格的2PL）

严格的2PL与严格的2PL相似，但对锁的协议稍有放松。在严格的2PL中，如果一个事务确定它不会再需要锁，就允许它释放锁。例如，如果一个事务正在读取一个资源，并且它知道它不需要写到该资源，它可以在读取后释放锁。

严格的2PL的优点是，它允许增加并发性，因为事务能够释放他们不再需要的锁。这可以减少对资源的争夺，提高性能。

严格的2PL的缺点是，它可能更难实现，因为系统必须能够确定一个事务何时可以安全地释放锁。此外，严格的2PL并不能保证可序列化，因为被释放的锁可能会被其他事务以序列执行中不可能出现的顺序获得。

# Rigorous 2PL example
def rigorous_2pl(transaction_a, transaction_b):

   # Begin transaction A
   transaction_a.begin()

   # Transaction A acquires lock on resource X for reading
   transaction_a.lock_shared(resource_x)

   # Transaction A reads resource X
   data = transaction_a.read(resource_x)

   # Transaction A releases lock on resource X
   transaction_a.unlock(resource_x)

   # Begin transaction B
   transaction_b.begin()

   # Transaction B acquires lock on resource X for writing
   transaction_b.lock(resource_x)

   # Transaction B updates resource X with new data
   transaction_b.write(resource_x, data)

   # Commit transaction B
   transaction_b.commit()

如上面的例子所示，在严格的2PL中，事务A获得了资源X的共享锁，用于阅读。在它读完资源后，它释放了锁，因为它不再需要它了。同时，事务B获得了资源X上的独占锁，用于写入。由于交易A已经释放了它的锁，交易B能够获得该锁，并在没有任何竞争的情况下更新资源。

保守的两相锁定（保守的2PL）

与严格的2PL和严谨的2PL相比，保守的2PL是一种限制较少的形式。在保守的2PL中，一个事务被允许在任何时候释放任何锁，不管它是否会再次需要这个锁。

保守的2PL的优点是，它允许最大的并发性，因为事务能够在任何时候释放锁。这可以导致在吞吐量和响应时间方面的最佳性能。

保守的2PL的缺点是，它不能保证可序列化，如果不仔细执行，可能导致不一致的结果。此外，它不能防止死锁，因为死锁可能导致事务挂起。

# Conservative 2PL example
def conservative_2pl(transaction_a, transaction_b):

   # Begin transaction A
   transaction_a.begin()

   # Transaction A acquires lock on resource X
   transaction_a.lock(resource_x)

   # Transaction A performs operation on resource X
   transaction_a.operate(resource_x)

   # Transaction A releases lock on resource X
   transaction_a.unlock(resource_x)

   # Begin transaction B
   transaction_b.begin()

   # Transaction B acquires lock on resource X
   transaction_b.lock(resource_x)

   # Transaction B performs operation on resource X
   transaction_b.operate(resource_x)

   # Commit transaction B
   transaction_b.commit()

如上面的例子所示，在保守的2PL中，事务A在任何时候都可以获得和释放资源X的锁。同样地，事务B也在任何时候获取和释放资源X的锁。这允许最大的并发性，因为两个事务可以同时对资源进行操作，而不需要等待对方释放其锁。

需要注意的是，虽然保守的2PL允许最大的并发性，但它并不能保证事务之间的一致性和隔离性。因此，在实施保守的2PL时，必须对系统的行为有一个很好的理解，并采取措施确保系统保持一致的状态。

总而言之，两阶段锁定（2PL）是数据库管理系统中用来确保并发事务的一致性和隔离性的基本技术。2PL的三个类别：严格的2PL、严格的2PL和保守的2PL，在其锁定协议方面有所不同，在并发性和一致性方面可以有不同的权衡。通过了解每一类的属性，有可能为一个给定的应用选择最合适的2PL策略。