DBMS中时间戳协议和Thomas写入规则的主要区别

引言

众所周知，在现代数据库系统中，在并发事务处理过程中确保数据的一致性被认为是一个严峻的挑战。由于多个事务通常同时执行，冲突以及诸如丢失更新、未提交数据和不一致检索等异常的风险显著增加。

为了解决所有这些问题，数据库系统实现了并发控制机制，以调节事务访问和修改数据的顺序。在为此目的开发的各种策略中，时间戳排序协议和Thomas写入规则以其鲁棒性和效率而脱颖而出，尤其是在事务复杂、频繁且可能有效冲突的环境中。

此外，相应的时间戳协议通常为每个事务分配一个唯一的时间戳，强制执行操作的可串行化顺序，而这些操作通常基于所有这些时间戳。这种方法确保事务以一致的序列执行，尊重其逻辑到达时间。另一方面，相应的Thomas写入规则在基本时间戳排序方法的基础上，改进了写入操作的管理方式。它巧妙地跳过了过时的写入请求，这些请求无论如何都不会改变数据库的最终状态，从而在不影响一致性的情况下提高性能。

本文将仔细研究时间戳排序协议和Thomas写入规则的工作原理。它还将比较它们的主要思想、它们运行方式的不同以及它们的用处。两者都旨在保持数据的准确性和可靠性，即使在多个事务同时发生时也是如此。理解所有这些方法对于数据库设计人员以及旨在构建可扩展和可靠系统（其中并发是不可避免的）的系统开发人员来说至关重要。

并发协议

并发控制协议是实现事务的方式，以便维护DBMS的隔离属性。在它们允许的并发量和它们施加的开销方面，各种并发控制技术提供了不同的好处。

为了理解时间戳协议和Thomas写入规则之间的区别，我们必须简要地理解两者。

DBMS中的时间戳协议

在DBMS中实现并发控制有很多方法，其中最常用的技术之一是基于锁的协议。另一种方法是使用时间戳排序协议进行并发控制。我们可以通过使用按提交到系统顺序分配的时间戳，在DBMS中唯一地标识每个事务。

对于一个事务，时间戳T可以表示为TS(T)。

该协议的基本思想是根据其时间戳组织事务。然后，事务在调度中是可串行化的，并且唯一允许的相应串行调度具有按时间戳值顺序的事务。简而言之，事务时间戳的顺序对应于调度所代表的特定串行顺序。对于调度中由冲突操作访问的每个项目，算法必须确保访问项目的顺序不违反排序。使用与每个数据库项目K关联的两个时间戳值来确保这一点。

在DBMS中使用时间戳协议的优点

时间戳排序协议通常提供多项优点，使其成为数据库管理系统中可靠且有效的并发控制方法

1. 它确保可串行化： 该协议主要保证事务以串行顺序执行，这通常基于其时间戳。这有助于个人在并发执行期间有效地保持数据库的逻辑正确性和一致性。
2. 防止死锁： 与锁定机制不同，时间戳协议不涉及等待资源。因此，它通过仅使用锁进行并发控制，自然避免了系统中常见的死锁。
3. 简化并发管理：每个事务都按照其时间戳的顺序轻松处理，从而降低了检查冲突操作或回滚链的复杂性

时间戳排序

根据事务进入系统的时间，会给它一个时间戳。假设新事务Tj被赋予时间戳TS(Tj)，如果旧事务Ti包含时间戳TS(Ti)，则TS(Ti) < TS(Tj)。该协议控制并发执行，以便串行化顺序由时间戳决定。由于时间戳排序机制，冲突的读写操作始终按时间戳顺序执行。基本TO方法在事务T尝试发出R_item(K)或W_item(K)时，检查事务T的时间戳与R_TS(K) & W_TS(K)，以确保时间戳顺序没有被破坏。

时间戳计数器

时间戳系统中使用一个称为时间戳计数器的计数器。当系统中发生提交操作时，它会在此实例中将其值增加1。当新事务进入系统时，如果时间戳TS[Ti]已分配给事务Ti，则它必须满足TS[Ti]<TS[Tj]的条件。

Thomas 写规则

如果Ri(K)和Wj(K)是冲突操作，时间戳排序协议规定，当且仅当TS(Ti)<TS(Tj)时，Ri(K)在Wj(K)之前处理。用户通常会在调度不遵循时间戳确定的可串行化顺序时拒绝调度并回滚事务。另一方面，某些过程是安全的，可以获得批准。

Thomas写入规则是基本时间戳排序协议的修改，允许此类活动。Thomas写入规则的用户忽略过时的写入。用户可以使用视图可串行化调度实现并发，这是所有已提出的并发协议中最显著的进步。Thomas写入规则对冲突可串行化调度施加并发。

Thomas写入规则修改了W_item(X)的检查操作，以拒绝更少的写入操作，同时不强制执行冲突可串行化。

它是时间戳排序协议的更新版本。如果事务Ti发送write(K)，则

• 如果TS[Ti] <R-TS(K)，则Ti当前生成K的值之前是必需的，并且被认为是不可生成的。反过来，系统回滚Ti并拒绝写入操作。
• 如果TS[Ti]<W-TS(K)，Ti正在尝试写入K的绝对值。因此，可以忽略此写入操作。
• 如果发生这种情况，系统执行写入操作并将w-TS(K)设置为TS(Ti)。

在DBMS中使用Thomas写入规则的优点

Thomas写入规则通过在处理写入操作时引入灵活性，增强了传统的时间戳排序协议。这种方法带来了一些明显的优势

1. 在大量写入负载下性能更快： 通过让系统跳过过时的写入操作，Thomas写入规则有助于减少额外的工作，从而在大量更新时提高效率。
2. 更智能地使用资源： 由于忽略了不必要的写入，CPU和内存等资源得到更明智的使用，从而帮助系统在更短的时间内处理更多事务。
3. 保持数据准确： 即使跳过了一些写入，该规则仍然确保最终结果与所有操作按顺序执行时发生的情况相匹配，从而保持数据正确。

时间戳协议和Thomas写入规则之间的主要区别

时间戳排序协议和Thomas写入规则都用于在并发事务处理中维护一致性，但它们在处理操作（特别是写入）的方式上存在显著差异。

1. 写入操作的处理： 时间戳协议遵循严格的规则，如果写入与正确的时间戳顺序不匹配，则会被拒绝。另一方面，如果某些过时的写入不影响最终结果，Thomas写入规则可以跳过它们。这种增加的灵活性有助于减少不必要的事务失败并提高整体系统效率。
2. 事务中止： 在时间戳协议下，冲突操作通常会导致更频繁的中止。Thomas写入规则通过接受基本协议会拒绝的一些操作来减少这种情况。

常见问题解答/FAQ

问题1：列出时间戳协议和Thomas写入规则之间的主要区别。

答案：时间戳协议通常严格遵循事务时间戳的顺序，中止任何违反此顺序的操作。相比之下，Thomas写入规则通过允许系统跳过不再影响结果的过时写入来提高效率，从而有效地减少不必要的中止。

问题2：哪个协议更适合频繁更新的系统？

答案：Thomas写入规则更适合写入密集型环境。因此，通过忽略过时的写入而不是中止整个事务，它通常可以提高整体性能并减少回滚开销。