昨天談到 write skew 和 phantoms ，是 2 種特別難重現的 競爭條件 (race condition) 情況，也就代表無法針對這些情況做測試，這些只有在你衰小要找奇怪的 bug 時才會遇到，這是個老問題了，而這一切的解法也就顯而易見，使用 序列化隔離 (serializable isolation) 。

序列化隔離是最強的隔離等級，儘管 transaction 能並發執行，但它保證了最終的執行結果等同一次只執行一個 transaction，重點是 連續 (serially) 這個字，表示無並發性 (without concurrency)，所以它就能避免所有的競爭條件。

序列化隔離的實現方法有 3 種：

​ (1) 字面上的，連續 (serially) 執行 transactions。

​ (2) 二階段鎖 (Two-Phase Locking 2PL)，主宰數十年的實作方式。

​ (3) 優化並發控制技術，就像有了序列化能力的快照隔離。

(1) 連續執行 (Serial Execution) transaction

最簡單暴力直覺的實作方法，每一個時間點只會有一個 transaction 執行在單一執行緒上。

為什麼這方法變的可行了呢？歸功於越來越便宜和越來越強的 RAM，讓一切在 RAM 上執行變的可行；再加上 OLTP transaction 都是短小精幹的讀取跟寫入，長時間寫的讀取要用 OLAP + 快照隔離來區分。

但是！這就代表了這個實作方法的吞吐量很吃單一 CPU 核心效能，為了讓單一執行緒用的更有效率，書中建議我們可以將數個 transaction 會做的事合併成一個 預存程序 (stored procedures) 來執行，就是要減少網路 IO，盡量避免 交互式多語句 (interactive multi-statement) transaction，

以下延用 Day 5 圖 7-8 的醫生排班案例。

所以 連續執行 (serial execution) 要可行，最好還是不要違反以下幾點的限制：

• 每個 transaction 必須短小精幹，因為只要有一個慢的 transaction 就會拖延其他 transaction 處理。
• 資料集必須能符合 RAM 的大小。
• 寫入吞吐量必須小於單一 CPU 核心能處理的數量。

(2) 二階段鎖-2PL (Two-Phase Locking)

主宰了序列化隔離 30 幾年的實作算法，其實我們在 Day 3 - No Dirty Write 小節看到資料庫是怎麼用鎖去避免 Dirty Write，二階段鎖 (Two-Phase Locking) 也是類似的概念，但鎖更強大，當沒有 transaction 正在寫入時，多個 transaction 允許並發讀取同一個物件，一旦有 transaction 想寫入物件，它會：

• 如果 transaction A 想讀取物件，而 transaction B 想寫入物件，B 必須等待 A commmit 或中斷 (abort)。
• 如果 transaction A 想寫入物件，而 transaction B 想讀取物件，B 也是必須等待 A commit 或中斷 (abort)。

在二階段鎖中，寫入只會阻檔讀取，反之亦然，這跟快照隔離 (Day 4) 的寫入跟讀取不會互相影響 的核心精神很不同，所以二階段鎖能避免所有的競爭條件寫入、昨天提的更新遺失 (lost update) 和 write skew。

實作二階段鎖 (Two-Phase Locking)

為了實現這個寫入跟讀取互相阻檔的資料庫 全物件鎖，鎖的狀態可以是 共享模式 (shared mode) 或者是 互斥模式 (exclusive mode)，該鎖跟隨以下規則：

• 當一個 transaction 想要讀取物件，它必須先獲取 共享模式 鎖，多個 transaction 被允許同時擁有 共享模式 鎖，但是一旦有另一個 transaction 有 互斥模式 鎖，其他 transaction 必須等待。
• 當一個 transaction 想要寫入物件，它必須獲取 互斥模式 鎖，該鎖一次只能被一個 transaction 所擁有。
• 當一個 transaction 是先讀取資料然後在寫入，它的鎖必須從 共享模式 升級成 互斥模式 ，這跟你直接獲取 互斥模式 鎖的意思一樣。
• 當一個 transactino 獲取鎖之後，它必須持有該鎖直到該 transaction commit 或 abort，這也是二階段鎖的由來，獲取鎖，然後釋放。

用這麼多鎖免不了可能會發生 死結 (deadlock)，也就是 2 個 transaction 彼此等待互相釋放鎖，幸運的是現在的資料庫會自動偵測死結，然後 abort，之後靠應用程式做重試。

二階段鎖 (Two-Phase Locking) 的效能

二階段鎖最大的缺點就是效能啦，transaction 的吞吐量和回應時間比起 弱等級隔離 (Weak Isolation Levels) 要糟上許多，其最大的原因就是要等待 互斥模式 鎖的釋放，如果你的 transcation 又執行的稍稍久一點，回應時間就爛掉了，所以 2PL 會有非常不穩定的延遲 (lantency)，會有非常慢或非常快的回應時間百分位 (2020 Day 3) 發生，還有剛剛講的死結問題也需要時間解決。

第 (3) 項就明天再講啦！