北京邮电大学软件学院 郭文明 2003.06
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3,数据库应用程序体系结构
? 数据库系统是指在计算机系统中引入数
据库后的系统,一般由数据库, 数据库管
理系统, 应用系统, DBA,用户组成 。
? 本章介绍数据库应用程序的数据访问与
数据库应用系统的体系结构 。
3.1嵌入式 SQL
3.2事务处理技术
3.3数据库应用系统体系结构
3.4中间件
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3.1 嵌入式 SQL
? 为什么使用嵌入式 SQL？
—有些数据访问任务对于交互式的非过程的 SQL是 无
法完成的任务 。
—使用交互式 SQL，必须知道表名、列名并且能够写
出符合语法的 SQL语句。
—实际的应用系统是非常复杂的，数据库访问只是其
中一个部件。有些动作如与用户交互、图形化显示
数据等只能用高级语言实现。
? 嵌入到过程性主语言中使用的 SQL称为嵌入式
SQL 。 主 语 言 可 以 是 C 或 Java( 不 一 定 是
Windows环境 ).也可以是 Visual Basic,Delphi
(Windows环境 )等 。
? ORACLE的 Pro*C即是使用嵌入式 SQL的平台 。
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3.1 嵌入式 SQL
? 把 SQL嵌入主语言使用时必须解决的三个问题,
1．区分 SQL语句与主语言语句,用 EXEC SQL开始,
2．数据库工作单元和程序工作单元之间的通信,
SQL语句可以使用主语言的程序变量 (简称主
变量 ),这些变量名前加冒号 (:)作标志，以区别于
字段名。这些变量由 BEGIN DECLARE SECTION与
END DECLARE SECTION语句之间说明,
主语言中不能引用数据库中的字段变量,
SQL语句执行后，系统要反馈给应用程序若干
信息,这些信息送到 SQL的通信区 SQLCA。 SQLCA
用语句 EXEC SQL INCLUDE加以定义。
3．一个 SQL语句原则上可产生或处理一组记录，
而主语言一次只能处理一个记录，为此必须协调
两种处理方式。这是用游标来解决的。
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3.1 嵌入式 SQL
主语言 + 嵌入 SQL
预处理
主语言 + 函数调用
主语言编译器
主语言执行程序
预处理器把嵌入的 SQL语句从主程
序命令中分离出来,转换成相应
的主语言语句, 例,
1.UNIX环境下,程序员创建包含
SQL的 main.pc的源程序,
2.Oracle程序员调用预编译器,
proc iname=main.pc
生成 main.c,其中 SQL语句被纯 c
语句 (Orcale运行期库函数 )替换,
3.主语言编译
cc -c main.c,生成 main.o目标文件,
4,连编生成可执行文件,
? 嵌入式 SQL的执行
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3.1.1 C语言中嵌入式 SQL
#include <stdio.h>
#include ―prompt.h‖
exec sql include sqlca; /*声明通讯区 */
char cid_prompt[]=―请输入顾客号,‖;
int main( )
{
exec sql begin declare section;
char cust_id[5],cust_name[14];
float cust_discnt;
char user_name[20],user_ped[20];
exec sql end declare section;
/*声明变量 */
exec sql whenever sqlerror goto report_error;
exec sql whenever not found goto notfound;
/*出错处理 */
strcpy(user_name,‖mytest‖);
strcpy(user_pwd,‖test‖);
exec sql connect,user_name
identified by,user_pwd; /*连接 */
while((prompt(cid_prompt,1,cust_id,4))>=0)
{
exec sql select cname,discnt
into,cust_name,:cust_discnt
from customers where cid=:cust_id;
exec sql commit work;
printf(―顾客名, %s 折扣率, %5.1f\n‖,
cust_name,cust_discnt);
continue;
notfound,printf(―没找到 %s,继续 \n‖,cust_id);
} /*根据输入的顾客 ID查询顾客信息 */
exec sql commit release; /*正常释放连接 */
return 0;
report_error:
print_dberror(); /*出错信息 */
exec sql rollback release; /*释放连接 */
return 1;
}
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3.1.1 C语言中嵌入式 SQL
? 区分 SQL语句与 C语言语句
嵌入的 SQL语句以 EXEC SQL开始，以分号 (;)结束。
例,exec sql select came,discnt
into,cust_name,:cust_discnt
from customers where cid=:cust_id;
? 嵌入 SQL语句与 C语言之间的数据传递
宿主变量 (宿主变量出现于 SQL语句中时，前面加 （,）
以区别列名 )
C变量既可以用在 C语句中，也可用在 SQL语句中,
用来在两者之间传递数据。
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3.1.1 C语言中嵌入式 SQL
? 宿主变量的声明
在嵌入式 SQL语句中使用宿主变量,必须先声明它们：
声明为通常的 C变量，并将其放在下列标识语句之间，
EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION
EXEC SQL END DECLARE SECTION
例, exec sql begin declare section;
char cust_id[5]=‘c001’;
char cust_name[14];
float cust_discnt;
exec sql end declare section;
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3.1.1 C语言中嵌入式 SQL
? 在 SQL中建立连接和释放连接
在一个嵌入式 SQL程序开始,程序面临着和交互式用户
同样的问题：怎样与数据库建立连接,
例, exec sql begin declare section; /*声明变量 */
char user_name[10],user_ped[10];
exec sql end declare section;
strcpy(user_name,’mytest’); /*变量赋值 */
strcpy(user_pwd,’test’);
exec sql connect,user_name
identified by,user_pwd; /*Oracle连接 */
例,exec sql commit release;/*Oracle断开连接 */
exec sql rollback release;/*Oracle断开连接 */
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3.1.2 游标
? SQL与主语言之间操作方式的协调
SQL：一次一集合。
C语言：一次一记录。
– 游标：在查询结果的记录集合中移动的指针。
若一个 SQL语句返回单个元组，则不用游标。
若一个 SQL语句返回多个元组，则使用游标。
– 不需要游标的数据操作
? 结果是一个元组的 select语句
exec sql select came,discnt
into,cust_name,:cust_discnt
from customers where cid=:cust_id;
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3.1.2 游标
– 需要游标的数据操作
当 select语句的结果中包含多个元组时，使用游标可
以逐个存取这些元组。
活动集,select语句返回的元组的集合。
当前行,活动集中当前处理的那一行。游标即是指
向当前行的指针。
游标分类：
? 滚动游标：游标的位置可以来回移动，可在活动
集中取任意元组。
? 非滚动游标：只能在活动集中顺序地取下一个元
组。
? 更新游标：数据库对游标指向的当前行加锁，当
程序读下一行数据时，本行数据解锁，下一行数
据加锁。
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3.1.2 游标
? 定义一个游标，使之对应一个 select语句
DECLARE 游标名 [SCROLL] CURSOR
FOR select语句 [for update [of列表名 ]]
for update任选项，表示该游标可用于对当前行
的修改与删除。
? 打开一个游标，执行游标对应的查询，结果集
合为该游标的活动集。
OPEN 游标名
在游标被声明之后,它仍然不是活动状态,在程序开始检
索信息之前,执行 SQL的 OPEN语句打开这个游标，游标
被打开之后，可使用取（ fetch）操作从游标中每次检索
一行，程序完成检索后，应关闭游标．
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3.1.2 游标
? 在活动集中将游标移到特定的行，并取出该行
数据放到相应的宿主变量中。
FETCH [NEXT | PRIOR | FIRST | LAST |
CURRENT | RELETIVE n | ABSOLUTE n]
游标名 INTO [宿主变量表 ]
? 关闭游标，释放活动集及其所占资源。需要再
使用该游标时，执行 open语句。
CLOSE 游标名
? 删除游标，以后便不能再对该游标执行 open语
句了,
FREE 游标名
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3.1.2 游标
#define ture 1
#include <stdio.h>
#include ―prompt.h‖
exec sql include sqlca; /*声明通讯区 */
int main( )
{
char cid_prompt[]=―请输入顾客号,‖;
exec sql begin declare section;
char cust_id[5],agent_id[4];
double dollar_sum;
char user_name[20],user_ped[20];
exec sql end declare section; /*声明变量 */
exec sql declare agent_dollars cursor for
select aid,sum(dollars) from orders
where cid=:cust_id group by aid;/*游标 */
exec sql whenever sqlerror goto report_error;
exec sql whenever not found goto finish;
/*出错处理 */
strcpy(user_name,‖mytest‖);
strcpy(user_pwd,‖test‖);
exec sql connect,user_name
identified by,user_pwd; /*连接 */
while((prompt(cid_prompt,1,cust_id,4))>=0){
exec sql open agent_dollars;
while (ture) {
exec sql fetch agent_dillars into
:agent_id,:dollar_sum; /*游标取值 */
printf(― %s %11.2f\n‖,
agent_id,dollar_sum);
}
continue;
finish,exec sql close agent_dollars;
exec sql commit work; /*游标关闭 */
} /*输入顾客 ID的代理商和金额 */
exec sql commit release; /*正常释放连接 */
return 0;
report_error:
print_dberror(); /*出错信息 */
exec sql rollback release; /*释放连接 */
return 1;
}
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3.1.3 通讯区
? SQL语句执行信息反馈
– 良好的应用程序必须提供对错误的处理,应
用程序需要知道 SQL语句是否正确执行了，
发生错误时的错误代码，执行时遇到特殊情
况时的警告信息。
– SQL通讯区 SQLCA是一个已被声明过的内存结
构,每一嵌入 SQL语句的执行情况在其执行完
成后写入 USERCA结构中的各变量中,根据
SQLCA中的内容可以获得每一嵌入 SQL语句执
行后的信息,应用程序就可以做相应的处理。
– 为了说明 (USERCA),必须在应用程序中包括,
EXEC SQL INCLUDE SQLCA;
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3.1.3 通讯区
? SQLCODE,SQLCODE是 SQLCA的结构一个成员。
它是一个每次执行完 SQL语句都被更新的整型
变量。
– 如果执行成功,SQLCODE为 0；
– 如果语句没有产生错误，但遇到了没有数据，
SQLCODE为 100；
– 除去成功返回 0或没有数据返回 100的情况，其他都
是某种错误并返回一个负数。
? SQL-99和 X/OpenSQL等标准提倡用 SQLSTATE取
代 SQLCODE检测 SQL的执行情况，并将 SQLSTATE
设置为标准，但在产品中还不一定支持。例如
ORACLE中,预处理程序运行时必须设置
MODE=ANSI才能支持 SQLSTATE.
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3.1.3 通讯区
? SQLSTATE,SQLSTATE作用与 SQLCODE作用相
同，但它是在标准方式下起作用。 SQLCODE是
一个整数,SQLSTATE是一个长度为 5的只能由 A
到 Z字符和 0到 9数字组成的字符串。 5个字符分
为两组，前两个为类码，后三个为子类码。
SQL标准规定：分类码的第一个字符可为 A到 H
或 0到 4，这样分类主要为了统一，第一个字符
为 I到 Z或 5到 9的分类码留给软件开发者去定义。
分类码 00指成功,01指成功但产生一个警告,02指没
有数据,等价于 SQLCODE的 100,非 00,01和 02指语句没
有成功完成。可以查阅数据库系统产品的嵌入式 SQL参
考指南得到 SQLSTATE,SQLCODE,SQLCA，确定主要的
出错条件，以它们的报告方式。
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3.1.4 错误处理
? Whenever语句使我们在遇到出错和其他情况时,
控制程序的运行,
EXEC SQL WHENEVER 条件 动作
条件可以是
– SQLERROR：执行错误，如连接不成功等；
– NOT FOUND：没有数据，如游标指针到头或到尾等；
– SQLWARNING：警告错误。
动作可以是
– CONTINUE：继续正常流程；
– GOTO 标号：转移到标号行继续执行；
– STOP：结束程序，撤消当前事务，并断开数据库连接；
– DO 函数：引发一个对已经命名的函数的调用。
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3.1.4 错误处理
? 没有 WHENEVER语句时缺省动作是 Continue.
? 如果 SQLCODE为负,则 SQLERROR为真,如果
SQLCODE为 100或 SQLSTATE为 02000,则 NOT
FOUND为真。抽取错误信息的确切代码依赖
于所使用的数据库系统。
? WHENEVER语句的主要价值在于减少处理错
误的代码行数，另外 WHENEVER的语法可以
在不同数据库系统之间进行最大限度的移植。
例如利用检测条件 NOT FOUND在不同数据库
产品中可能有不同的 sqlca.sqlcode值，但 NOT
FOUND却始终表示没有发现记录这一错误。
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3.1.5 指示变量
? 如果一个宿主变量所对应的数据库字段允许空
值，或字符串类型的宿主变量的长度可能小于
所对应的数据库字段的长度，则需要一个指示
变量来指明数据库访问的返回状态。
? 指示变量, 是一个 C变量，用来指示返回给宿
主变量的值是否为 null值，以及返回给宿主变
量的字符串是否发生了截断。
指示变量的返回值：
= 0：取到主变量的值不空，没有发生截断。
= ?1：取到主变量的值为空值。
> 0：取到主变量的值发生了截断，指示变
量的值是截断前的字符串的实际长度。
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3.1.5 指示变量
? 指示变量的用法：声明与宿主变量的声明方式
一样,在数据操纵语句中,在宿主变量和指示变
量之间加 (, )或关键字 indicator。
例,exec sql begin declare section
float cust_discnt;
short int cd_ind;
exec sql end declare section
exec sql select discnt into,cust_discnt
[indicator]:cd_ind
from customers where cid=:cust_id;
在检索之后，如果 cd_ind的值为 -1,则变量
cust_discnt得到了一个空值；如果为 0，则
cust_discnt中的值是正常的。
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3.1.5 指示变量
? 不管读取数据还是更新数据,都可以用指示变
量的值 -1代表空值。
例,要将表 customers的某一行的 discnt值设置为空
值，可以这样写：
cd_ind=-1
exec sql update customers
set discnt=:cust_discnt
indicator,cd_ind
where cid=:cust_id;
? 实际上还可以进一步扩展指示变量的值，例如
DB2 UDB的产品中，如果指示变量的值为 -2，
意味着是由于一个错误而不是数据库中存储的
值而使检索到的值为空值。
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3.1.6 嵌入式 SQL语句
? 检索,EXEC SQL SELECT [ALL|DISTINCT] 表达式
INTO 宿主变量 FROM 表名 WHERE 条件 ;
? 游标定义,EXEC SQL DECLEARE 游标名 CURSOR
FOR 子查询 [ORDER BY…] [FOR READ ONLY
|UPDATE [OF 列名 ]];
? 游标打开与关闭,EXEC SQL OPEN|CLOSE 游标名 ;
? 游标取值,EXEC SQL FETCH
[NEXT|PRIOR|FIRST|LAST |CURRENT|RELETIVE
n|ABSOLUTE n] 游标名 INTO 宿主变量 ;
? 删除,EXEC SQL DELETE FROM 表名 [WHERE条件
|WHERE CURRENT OF 游标名 ];
? 修改,EXEC SQL UPDATE 表名 SET 列 =表达式
[WHERE 条件 |WHERE CURRENT OF 游标名 ];
? 增加,EXEC SQL INSERT INTO 表名 [(列名 )]
VALUES(表达式 );
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3.2 事务处理技术
? 保证数据的一致性和数据库的并行性，是衡量一
个数据库的最基本和最重要的指标之一。
一致性,以一致性规则为基础的数据逻辑关系。
如转帐任务不能造成帐户金额的不平衡。
并行性,各个用户能够实现对数据库资源的共享。
数据并发是多用户系统的基本要求，数据一致是
因为有数据并发存在，为了适应多用户系统，协
调管理数据库中的数据，保证各个用户的任务能
够顺利准确地完成。
事务处理 是实现数据库一致性和并行性的重要手
段。 在保证一致性的前提下最大限度地提高并发
度。
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3.2 事务处理技术
? 数据操纵以 SQL为基础，但单条 SQL语句不一定
能完成所有的用户请求，许多用户请求需要若
干条 SQL语句，而且这些语句有关联，要么全
做，要么全不做。
? 如果许多用户的众多 SQL语句不加控制，随意
执行，必然破坏数据的一致完整，出现丢失修
改、不可重复读、读脏数据的错误。
? 数据库系统要对用户的操作进行控制 (事务控
制和封锁技术 )，保证并发的同时保证数据的
一致。
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3.2.1 事务概念
? 事 务是由一系列操作序列构成的程序执行单元，
这些操作要么都做，要么都不做，是一个不可
分割的工作单位。
事务是数据库提供的一种手段，应用程序员将
一系列操作组合在一起作为一个整体以便数据
库系统提供保证。事务才是对数据库系统进行
操作的最小合法单位。 DBMS在事务级而不是
在语句级确保数据的一致性。
? 事务以 Begin transaction开始，以 Commit work
或 Rollback work结束。
嵌入式 SQL,EXEC SQL COMMIT WORK;
EXEC SQL ROLLBACK WORK;
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3.2.1 事务概念
? Commit work表示提交，事务正常结束。
Rollback work表示事务非正常结束，撤消事务
已做的操作，回滚到事务开始时状态。
事务的内容只限于数据更新操作 (增删改 ),不包
含其他 SQL命令。
在标准 SQL中，没有 Begin transaction语句，上
一条 Commit或 Rollback或 SQL修改命令即为事
务的开始。
有的 DBMS使用 Begin transaction作为事务的开
始。
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3.2.1 事务概念
? 事务特性 (ACID)
– 原子性 (Atomicity)
事务的更新操作必须作为一个整体，其中包
含的所有操作要么全做，要么全不做。
原子性由系统 恢复机制 实现。
– 一致性 (Consistency)
事务的成功完成将数据库从一个一致状态转
变到另一个一致状态。
事务开始前，数据库处于一致性的状态；事
务结束后，数据库必须仍处于一致性状态。
数据库的一致性状态由 用户 来负责。
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3.2.1 事务概念
? 事务特性 (ACID)
– 隔离性 (Isolation)
系统必须保证事务不受其它并发执行事务的影响。
对任何一对事务 T1,T2，在 T1看来,T2要么在 T1开
始之前已经结束，要么在 T1完成之后再开始执行。
隔离性通过 并发控制机制 实现。
– 持久性 (Durability)
一个事务一旦提交之后，它对数据库的影响必须是
永久的，无论发生何种系统故障。
持久性通过 恢复机制 实现。
事务的原子性、隔离性、持久性由数据库系统加以保
证，一致性一般由程序员在编写程序中予以保证 。
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3.2.2 事务的调度
? 事务的调度,DBMS在处理用户提交事务时的
策略，即事务调度。事务的执行顺序称为一个
调度，表示事务的指令在系统中执行的时间顺
序。
– 一组事务的调度必须保证
? 包含了所有事务的操作指令
? 一个事务中指令的顺序必须保持不变。
– 串行调度
? 在串行调度中，属于同一事务的指令紧挨在一起。
? 对于有 n个事务的事务组，可以有 n！个有效调度。
– 并行调度
? 在并行调度中，来自不同事务的指令可以交叉执行。
? 当并行调度等价于某个串行调度时，则称它是正确的 。
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3.2.2 事务的调度
? ANSI SQL-99标准中,一致性级别 (隔离级别 )的定义
– serializable：一个调度的执行必须等价于一个串行
调度的结果。
– repeatable read：只允许读取已提交的记录，并要求
一个事务对同一记录的两次读取之间，其它事务不
能对该记录进行更新。
– read committed：只允许读取已提交的记录，但不要
求可重复读。
– read uncommitted：允许读取未提交的记录。
? 在 SQL-99的语法中允许在启动事务的 SQL语句之前设
置隔离级别。
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3.2.3 事务的数据封锁
? 数据库管理系统采用 数据封锁技术 和事务技术
解决并发性和一致性问题,数据封锁有两种封锁
模式,
专用锁,当一个事务以专用方式封锁某个资源时,
只有此事务可以改变其中的内容,在该事务结束
或释放其资源后,其它事务才能使用 ;
共享锁,允许已封锁的资源被其它事务适度共享,
多个事务可以在同一资源上申请共享锁,
? 根据封锁的类型、持锁时间、何时释放的规则，
将封锁协议分为一级封锁协议、二级封锁协议、
三级封锁协议。 不同封锁协议在不同程度上保
证数据一致性和系统并发性 。
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3.2.3 事务的数据封锁
? 在 SQL语句执行时,所有必要的 封锁均由 DBMS自
动完成 (也可显式加锁 ),事务中所有为执行 SQL语
句建立的封锁均要延续到事务结束时才能释放,
否则一个数据库对象在同一时间段内被多个事务
交替操作,可能造成对数据库数据的破坏,
? 当参与封锁的事务较多,而每个事务封锁的资源
也较多时,可能出现‘死锁’情况。
? 预防死锁的方法有一次封锁法、顺序封锁法。
? 死锁的诊断有超时法、有向图法。死锁发生后，
DBMS通常选择一个处理死锁代价最小的事务将
其撤消,并恢复该事务。
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3.2.3 事务的数据封锁
? 两段锁协议 (Two-phase Locking)
– 内容：
①在对任何数据进行读写之前，事务首先要获
得对该数据的封锁。
②在释放一个封锁之后，事务不再获得任何其
它封锁。
即事务分为两个阶段：
生长阶段：获得封锁。
收缩阶段：释放封锁。
– 定理：若所有事务均遵从两段锁协议，则这些
事务的所有并行调度都是可串行化的。
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? ORACLE为了适应事务控制设置了 回退段 这一
数据库对象,系统利用回退段来确保诸如读一
致性、数据库恢复等管理功能。
? ORACLE在缺省情况下,读数据不加锁,通过回
退段 (Rollback Segment)保证用户不读脏数据和
可重复读,
? 表空间中的数据按段来组织,数据段、索引段、
暂存段和回退段，回退段是一块磁盘存储区域，
回退段可以由用户创建,但只能由系统进程使
用。
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? 回退段中的数据是为事务服务的，每执行事
务时，系统先在指定回退段上记录将要对数
据进行的更改，以事务为单位，各个事务的
回退信息链接在一起。
? 当事务要回退时，利用回退信息将数据块中
的数据恢复到先前的状态。
? 事务成功提交后，回退信息逐渐失效 (在提交
之前申请的查询需要这些信息保证 读一致性,
事务提交前对数据的变动不会为其他用户所
知晓 )。回退段可以循环使用。
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? 用回退段保证读一致性 (不读脏数据和可重复读 )：
1 2 3 4 5 6
Tu2
Tu1
Ts3
Ts2
Ts1
时间
事务
表 customers
时间 回退信息
3 discnt=10
5 discnt=11
数据缓冲区
cid discnt
c001 10
11
15
数据段, 回退段,
Tu1
Tu2
例, 有 5个事务并发,
Ts1,Ts2,Ts3为查询事务,
Tu1,Tu2为更新事务,
Tu1:UPDATE customers
SET discnt=discnt*1.1
WHERE cid=?c001‘;
Tu2,UPDATE customers
SET discnt=15 WHERE
cid=?c001‘;
事务开始和完成时间段
如右上图,
事务对回退段影响如右
下图,
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? 用回退段保证读一致性 (不读脏数据和可重复读 )：
事务的开始顺序和基准时间为,Ts1=0 – Tu1=3 – Ts2=4 –
Tu2=5 – Ts3=6;
事务的完成顺序和基准时间为,Tu1=4 – Tu2=6 – Ts1>6 –
Ts2>6 – Ts3>6;
数据缓冲区的内容是最新更改的结果,回退段按时间顺
序记录了每次更改以前的数据 ;
尽管 Tu1和 Tu2两次更改了 discnt的值,但 Tu1开始之前
Ts1已开始,所以在时间 4结束的 Tu1回退信息并不马上消
失,保证 Ts1从回退段中查得 discnt为 10,Tu2开始之前 Ts2已
开始,所以在时间 6结束的 Tu2回退信息并不马上消失,保证
Ts2从回退段中查得 discnt为 11,Ts3基准时间是 6,从缓冲区
中查得 discnt为 15.
Ts1和 Ts2结束后才清除回退段信息,
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? 在数据库创建时 SYSTEM表空间中建立了
SYSTEM回退段。每个数据库可以有一个或多
个回退段，最好只将 SYSTEM回退段用于系统
事务，将用户事务分配在其他回退段上，以提
高资源利用率。
? 创建 回退段时可同时设定其存储参数,回退段
至少要包括两个区间 (MINEXTENTS)，回退段
的区间总数受到回退段存储参数 MAXEXTENTS
的限制。
? 一个事务的回退信息按顺序在指定的回退段中
写入。创建多少个回退段及给每个回退段分配
多少区间，要考虑可能出现的最大并发事务数，
每个回退段所能同时服务的事务数。
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? 事务的执行过程（采用日志和回退段双重记录
事务活动）：
进入回退段,写入回退信息
从数据段读入缓冲区,SQL处理
记载日志文件
提交,写更改结果到磁盘 回退,写回退信息到磁盘
事务第一条更新语句
事务结束N
Y
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3.2.5 ORACLE事务控制 -语句
? ORACLE事务控制语句,
– COMMIT [WORK];
清除本事务的全部保留点,清除为执行事务建立的封
锁机制,结束本事务,提交数据,
– SAVEPOINT 保留点名 ;
保留点是一事务范围内的中间标志,经常用于将长事
务划分为短小的部分,保留点可标志在长事务的任何
点,允许回退该点之后的工作,保留点主要作为一种调
试手段使用,在一个事务中如果用相同的保留点名创
建第二个保留点,则前一个保留点被删除掉,每个事务
最大的活动保留点由初始化参数文件中的参数
SAVEPOINTS设定,极限值为 255,
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3.2.5 ORACLE事务控制 -语句
– ROLLBACK [WORK] [TO [SAVEPOINT] 保留点
名 ];
清除本事务的全部保留点,清除为执行事务建立的
封锁机制,结束本事务,回退数据,
数据定义语句 CREATE,DROP总引发提交，系统
正常关闭时，未提交事务将隐式提交，一个进程或
例程非正常终止，未提交事务将隐式回退。
– SET TRANSACTION [READ ONLY] [READ
WRITE] [USE ROLLBACK SEGMENT 回退段名 ];
设置事务是对事务的一种控制，建立当前事务为
只读事务或读写事务，控制事务使用指定的回退段
空间。只读事务不生成回退信息，所以不必分配回
退段,缺省状态下事务为读写事务。
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3.2.6 ORACLE事务控制 -数据锁
? ORACLE提供了各种类型的封锁机制保证并发操
作时数据的一致，对数据库对象的封锁由系统自
动完成。数据库应用设计者可以干预自动封锁过
程以提高整体效率,
? ORACLE主要封锁类型有,
– 数据锁, 目的是保护数据,用于封锁表和表中的某些行 ;
– 字典锁, 目的是保护数据库对象的结构,用于表对象的
定义 ;
– 内部锁, 用于保护数据库的内部结构,如文件等,
? 数据锁有两种级别的封锁方式,
– 表封锁,封锁表中的所有行,数据并行度低,
– 行封锁,行级封锁在对应表上加字典锁,
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3.2.6 ORACLE事务控制 -数据锁
? ORACLE表上的数据锁类型有,
– RS:行共享,用于让事务封锁表中的部分行,以便于数
据修改,但在建立封锁时并不立即修改数据,当事务在
一表持有行共享锁时,允许其他事务并行查询、插入、
修改、删除。
– RX:行专有,事务可对表中部分行建立专有锁，使事务
可以在以后的操作中多次修改这些行。具有行专有
锁的表允许其他事务并行查询、插入、修改、删除。
– S:共享,共享锁将阻止其他事务修改表中的内容，具
有共享锁的表拒绝其他事务插入、修改、删除。
– SRX:共享行专有,每个表上的共享行专有锁只能由一
个事务建立，有这种类型锁的表只能允许其他事务
查询。
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3.2.6 ORACLE事务控制 -数据锁
– X:专有,事务在表上建立专有锁之后，可以独占此表
进行写入操作。
? ORACLE中的 SELECT不用任何数据锁阻塞其
他操作，也称无阻塞查询 。 INSERT、
UPDATE,DELETE引发数据封锁，事务所申
请的全部数据锁在事务提交或回退时一起释放，
表上的数据锁也可以通过显式语句完成 (如下页
表 )。
? 表上的数据锁在事务执行过程中可能发生变化，
如事务为执行带 UPDATE子句的 SELECT语句，
需在选中行上建立行共享锁，如果稍后事务决
定修改其中的某些行，则这些行上的行共享锁
将自动转换为行专有锁。
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3.2.6 ORACLE事务控制 -数据锁
SQL语句 封锁 允许模式 RS RX S SRX X
Select 无 Y Y Y Y Y
Insert RX Y Y N N N
Delete RX Y Y N N N
Update RX Y Y N N N
Select for update of RS Y Y Y Y N
Lock table in row share mode RS Y Y Y Y N
Lock table in row exclusive
mode
RX Y Y N N N
Lock table in share mode S Y N Y N N
Lock table in share row
exclusive mode
SR
X
Y N N N N
Lock table in exclusive mode X N N N N N
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3.2.6 ORACLE事务控制 -数据锁
? 数据库设计者应该利用各种方法减少数据对象
的封锁时间，以提高系统并发能力,
在事务中尽可能晚地发出封锁申请；
在备份的数据库对象上操作以减少封锁时间；
利用索引减少封锁时间，查询操作可以根本不
访问索引关联的表，而直接给出查询结果。
? 数据库设计者应该按照约定顺序封锁表减少出
现死锁的可能性，以提高系统并发能力 。
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作业：
1.解释游标,
2.针对 CAP数据库,编写一应用程序,给出任
一产品的 pid,列出购买该产品的前 5名顾客
(cid,cname)及其购买数量,即这些顾客购买
该产品的数量最大,
3.说明数据库管理系统保证数据一致性和并
发性的机制,
4.ORACLE为什么设置回退段?
5.数据库设计者在保证数据一致性和并发性
方面可以有哪些措施?
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3,数据库应用程序体系结构
? 数据库系统是指在计算机系统中引入数
据库后的系统,一般由数据库, 数据库管
理系统, 应用系统, DBA,用户组成 。
? 本章介绍数据库应用程序的数据访问与
数据库应用系统的体系结构 。
3.1嵌入式 SQL
3.2事务处理技术
3.3数据库应用系统体系结构
3.4中间件
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3.1 嵌入式 SQL
? 为什么使用嵌入式 SQL？
—有些数据访问任务对于交互式的非过程的 SQL是 无
法完成的任务 。
—使用交互式 SQL，必须知道表名、列名并且能够写
出符合语法的 SQL语句。
—实际的应用系统是非常复杂的，数据库访问只是其
中一个部件。有些动作如与用户交互、图形化显示
数据等只能用高级语言实现。
? 嵌入到过程性主语言中使用的 SQL称为嵌入式
SQL 。 主 语 言 可 以 是 C 或 Java( 不 一 定 是
Windows环境 ).也可以是 Visual Basic,Delphi
(Windows环境 )等 。
? ORACLE的 Pro*C即是使用嵌入式 SQL的平台 。
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3.1 嵌入式 SQL
? 把 SQL嵌入主语言使用时必须解决的三个问题,
1．区分 SQL语句与主语言语句,用 EXEC SQL开始,
2．数据库工作单元和程序工作单元之间的通信,
SQL语句可以使用主语言的程序变量 (简称主
变量 ),这些变量名前加冒号 (:)作标志，以区别于
字段名。这些变量由 BEGIN DECLARE SECTION与
END DECLARE SECTION语句之间说明,
主语言中不能引用数据库中的字段变量,
SQL语句执行后，系统要反馈给应用程序若干
信息,这些信息送到 SQL的通信区 SQLCA。 SQLCA
用语句 EXEC SQL INCLUDE加以定义。
3．一个 SQL语句原则上可产生或处理一组记录，
而主语言一次只能处理一个记录，为此必须协调
两种处理方式。这是用游标来解决的。
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3.1 嵌入式 SQL
主语言 + 嵌入 SQL
预处理
主语言 + 函数调用
主语言编译器
主语言执行程序
预处理器把嵌入的 SQL语句从主程
序命令中分离出来,转换成相应
的主语言语句, 例,
1.UNIX环境下,程序员创建包含
SQL的 main.pc的源程序,
2.Oracle程序员调用预编译器,
proc iname=main.pc
生成 main.c,其中 SQL语句被纯 c
语句 (Orcale运行期库函数 )替换,
3.主语言编译
cc -c main.c,生成 main.o目标文件,
4,连编生成可执行文件,
? 嵌入式 SQL的执行
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3.1.1 C语言中嵌入式 SQL
#include <stdio.h>
#include ―prompt.h‖
exec sql include sqlca; /*声明通讯区 */
char cid_prompt[]=―请输入顾客号,‖;
int main( )
{
exec sql begin declare section;
char cust_id[5],cust_name[14];
float cust_discnt;
char user_name[20],user_ped[20];
exec sql end declare section;
/*声明变量 */
exec sql whenever sqlerror goto report_error;
exec sql whenever not found goto notfound;
/*出错处理 */
strcpy(user_name,‖mytest‖);
strcpy(user_pwd,‖test‖);
exec sql connect,user_name
identified by,user_pwd; /*连接 */
while((prompt(cid_prompt,1,cust_id,4))>=0)
{
exec sql select cname,discnt
into,cust_name,:cust_discnt
from customers where cid=:cust_id;
exec sql commit work;
printf(―顾客名, %s 折扣率, %5.1f\n‖,
cust_name,cust_discnt);
continue;
notfound,printf(―没找到 %s,继续 \n‖,cust_id);
} /*根据输入的顾客 ID查询顾客信息 */
exec sql commit release; /*正常释放连接 */
return 0;
report_error:
print_dberror(); /*出错信息 */
exec sql rollback release; /*释放连接 */
return 1;
}
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3.1.1 C语言中嵌入式 SQL
? 区分 SQL语句与 C语言语句
嵌入的 SQL语句以 EXEC SQL开始，以分号 (;)结束。
例,exec sql select came,discnt
into,cust_name,:cust_discnt
from customers where cid=:cust_id;
? 嵌入 SQL语句与 C语言之间的数据传递
宿主变量 (宿主变量出现于 SQL语句中时，前面加 （,）
以区别列名 )
C变量既可以用在 C语句中，也可用在 SQL语句中,
用来在两者之间传递数据。
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3.1.1 C语言中嵌入式 SQL
? 宿主变量的声明
在嵌入式 SQL语句中使用宿主变量,必须先声明它们：
声明为通常的 C变量，并将其放在下列标识语句之间，
EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION
EXEC SQL END DECLARE SECTION
例, exec sql begin declare section;
char cust_id[5]=‘c001’;
char cust_name[14];
float cust_discnt;
exec sql end declare section;
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3.1.1 C语言中嵌入式 SQL
? 在 SQL中建立连接和释放连接
在一个嵌入式 SQL程序开始,程序面临着和交互式用户
同样的问题：怎样与数据库建立连接,
例, exec sql begin declare section; /*声明变量 */
char user_name[10],user_ped[10];
exec sql end declare section;
strcpy(user_name,’mytest’); /*变量赋值 */
strcpy(user_pwd,’test’);
exec sql connect,user_name
identified by,user_pwd; /*Oracle连接 */
例,exec sql commit release;/*Oracle断开连接 */
exec sql rollback release;/*Oracle断开连接 */
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3.1.2 游标
? SQL与主语言之间操作方式的协调
SQL：一次一集合。
C语言：一次一记录。
– 游标：在查询结果的记录集合中移动的指针。
若一个 SQL语句返回单个元组，则不用游标。
若一个 SQL语句返回多个元组，则使用游标。
– 不需要游标的数据操作
? 结果是一个元组的 select语句
exec sql select came,discnt
into,cust_name,:cust_discnt
from customers where cid=:cust_id;
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3.1.2 游标
– 需要游标的数据操作
当 select语句的结果中包含多个元组时，使用游标可
以逐个存取这些元组。
活动集,select语句返回的元组的集合。
当前行,活动集中当前处理的那一行。游标即是指
向当前行的指针。
游标分类：
? 滚动游标：游标的位置可以来回移动，可在活动
集中取任意元组。
? 非滚动游标：只能在活动集中顺序地取下一个元
组。
? 更新游标：数据库对游标指向的当前行加锁，当
程序读下一行数据时，本行数据解锁，下一行数
据加锁。
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3.1.2 游标
? 定义一个游标，使之对应一个 select语句
DECLARE 游标名 [SCROLL] CURSOR
FOR select语句 [for update [of列表名 ]]
for update任选项，表示该游标可用于对当前行
的修改与删除。
? 打开一个游标，执行游标对应的查询，结果集
合为该游标的活动集。
OPEN 游标名
在游标被声明之后,它仍然不是活动状态,在程序开始检
索信息之前,执行 SQL的 OPEN语句打开这个游标，游标
被打开之后，可使用取（ fetch）操作从游标中每次检索
一行，程序完成检索后，应关闭游标．
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3.1.2 游标
? 在活动集中将游标移到特定的行，并取出该行
数据放到相应的宿主变量中。
FETCH [NEXT | PRIOR | FIRST | LAST |
CURRENT | RELETIVE n | ABSOLUTE n]
游标名 INTO [宿主变量表 ]
? 关闭游标，释放活动集及其所占资源。需要再
使用该游标时，执行 open语句。
CLOSE 游标名
? 删除游标，以后便不能再对该游标执行 open语
句了,
FREE 游标名
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3.1.2 游标
#define ture 1
#include <stdio.h>
#include ―prompt.h‖
exec sql include sqlca; /*声明通讯区 */
int main( )
{
char cid_prompt[]=―请输入顾客号,‖;
exec sql begin declare section;
char cust_id[5],agent_id[4];
double dollar_sum;
char user_name[20],user_ped[20];
exec sql end declare section; /*声明变量 */
exec sql declare agent_dollars cursor for
select aid,sum(dollars) from orders
where cid=:cust_id group by aid;/*游标 */
exec sql whenever sqlerror goto report_error;
exec sql whenever not found goto finish;
/*出错处理 */
strcpy(user_name,‖mytest‖);
strcpy(user_pwd,‖test‖);
exec sql connect,user_name
identified by,user_pwd; /*连接 */
while((prompt(cid_prompt,1,cust_id,4))>=0){
exec sql open agent_dollars;
while (ture) {
exec sql fetch agent_dillars into
:agent_id,:dollar_sum; /*游标取值 */
printf(― %s %11.2f\n‖,
agent_id,dollar_sum);
}
continue;
finish,exec sql close agent_dollars;
exec sql commit work; /*游标关闭 */
} /*输入顾客 ID的代理商和金额 */
exec sql commit release; /*正常释放连接 */
return 0;
report_error:
print_dberror(); /*出错信息 */
exec sql rollback release; /*释放连接 */
return 1;
}
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3.1.3 通讯区
? SQL语句执行信息反馈
– 良好的应用程序必须提供对错误的处理,应
用程序需要知道 SQL语句是否正确执行了，
发生错误时的错误代码，执行时遇到特殊情
况时的警告信息。
– SQL通讯区 SQLCA是一个已被声明过的内存结
构,每一嵌入 SQL语句的执行情况在其执行完
成后写入 USERCA结构中的各变量中,根据
SQLCA中的内容可以获得每一嵌入 SQL语句执
行后的信息,应用程序就可以做相应的处理。
– 为了说明 (USERCA),必须在应用程序中包括,
EXEC SQL INCLUDE SQLCA;
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3.1.3 通讯区
? SQLCODE,SQLCODE是 SQLCA的结构一个成员。
它是一个每次执行完 SQL语句都被更新的整型
变量。
– 如果执行成功,SQLCODE为 0；
– 如果语句没有产生错误，但遇到了没有数据，
SQLCODE为 100；
– 除去成功返回 0或没有数据返回 100的情况，其他都
是某种错误并返回一个负数。
? SQL-99和 X/OpenSQL等标准提倡用 SQLSTATE取
代 SQLCODE检测 SQL的执行情况，并将 SQLSTATE
设置为标准，但在产品中还不一定支持。例如
ORACLE中,预处理程序运行时必须设置
MODE=ANSI才能支持 SQLSTATE.
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3.1.3 通讯区
? SQLSTATE,SQLSTATE作用与 SQLCODE作用相
同，但它是在标准方式下起作用。 SQLCODE是
一个整数,SQLSTATE是一个长度为 5的只能由 A
到 Z字符和 0到 9数字组成的字符串。 5个字符分
为两组，前两个为类码，后三个为子类码。
SQL标准规定：分类码的第一个字符可为 A到 H
或 0到 4，这样分类主要为了统一，第一个字符
为 I到 Z或 5到 9的分类码留给软件开发者去定义。
分类码 00指成功,01指成功但产生一个警告,02指没
有数据,等价于 SQLCODE的 100,非 00,01和 02指语句没
有成功完成。可以查阅数据库系统产品的嵌入式 SQL参
考指南得到 SQLSTATE,SQLCODE,SQLCA，确定主要的
出错条件，以它们的报告方式。
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3.1.4 错误处理
? Whenever语句使我们在遇到出错和其他情况时,
控制程序的运行,
EXEC SQL WHENEVER 条件 动作
条件可以是
– SQLERROR：执行错误，如连接不成功等；
– NOT FOUND：没有数据，如游标指针到头或到尾等；
– SQLWARNING：警告错误。
动作可以是
– CONTINUE：继续正常流程；
– GOTO 标号：转移到标号行继续执行；
– STOP：结束程序，撤消当前事务，并断开数据库连接；
– DO 函数：引发一个对已经命名的函数的调用。
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3.1.4 错误处理
? 没有 WHENEVER语句时缺省动作是 Continue.
? 如果 SQLCODE为负,则 SQLERROR为真,如果
SQLCODE为 100或 SQLSTATE为 02000,则 NOT
FOUND为真。抽取错误信息的确切代码依赖
于所使用的数据库系统。
? WHENEVER语句的主要价值在于减少处理错
误的代码行数，另外 WHENEVER的语法可以
在不同数据库系统之间进行最大限度的移植。
例如利用检测条件 NOT FOUND在不同数据库
产品中可能有不同的 sqlca.sqlcode值，但 NOT
FOUND却始终表示没有发现记录这一错误。
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3.1.5 指示变量
? 如果一个宿主变量所对应的数据库字段允许空
值，或字符串类型的宿主变量的长度可能小于
所对应的数据库字段的长度，则需要一个指示
变量来指明数据库访问的返回状态。
? 指示变量, 是一个 C变量，用来指示返回给宿
主变量的值是否为 null值，以及返回给宿主变
量的字符串是否发生了截断。
指示变量的返回值：
= 0：取到主变量的值不空，没有发生截断。
= ?1：取到主变量的值为空值。
> 0：取到主变量的值发生了截断，指示变
量的值是截断前的字符串的实际长度。
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3.1.5 指示变量
? 指示变量的用法：声明与宿主变量的声明方式
一样,在数据操纵语句中,在宿主变量和指示变
量之间加 (, )或关键字 indicator。
例,exec sql begin declare section
float cust_discnt;
short int cd_ind;
exec sql end declare section
exec sql select discnt into,cust_discnt
[indicator]:cd_ind
from customers where cid=:cust_id;
在检索之后，如果 cd_ind的值为 -1,则变量
cust_discnt得到了一个空值；如果为 0，则
cust_discnt中的值是正常的。
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3.1.5 指示变量
? 不管读取数据还是更新数据,都可以用指示变
量的值 -1代表空值。
例,要将表 customers的某一行的 discnt值设置为空
值，可以这样写：
cd_ind=-1
exec sql update customers
set discnt=:cust_discnt
indicator,cd_ind
where cid=:cust_id;
? 实际上还可以进一步扩展指示变量的值，例如
DB2 UDB的产品中，如果指示变量的值为 -2，
意味着是由于一个错误而不是数据库中存储的
值而使检索到的值为空值。
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3.1.6 嵌入式 SQL语句
? 检索,EXEC SQL SELECT [ALL|DISTINCT] 表达式
INTO 宿主变量 FROM 表名 WHERE 条件 ;
? 游标定义,EXEC SQL DECLEARE 游标名 CURSOR
FOR 子查询 [ORDER BY…] [FOR READ ONLY
|UPDATE [OF 列名 ]];
? 游标打开与关闭,EXEC SQL OPEN|CLOSE 游标名 ;
? 游标取值,EXEC SQL FETCH
[NEXT|PRIOR|FIRST|LAST |CURRENT|RELETIVE
n|ABSOLUTE n] 游标名 INTO 宿主变量 ;
? 删除,EXEC SQL DELETE FROM 表名 [WHERE条件
|WHERE CURRENT OF 游标名 ];
? 修改,EXEC SQL UPDATE 表名 SET 列 =表达式
[WHERE 条件 |WHERE CURRENT OF 游标名 ];
? 增加,EXEC SQL INSERT INTO 表名 [(列名 )]
VALUES(表达式 );
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3.2 事务处理技术
? 保证数据的一致性和数据库的并行性，是衡量一
个数据库的最基本和最重要的指标之一。
一致性,以一致性规则为基础的数据逻辑关系。
如转帐任务不能造成帐户金额的不平衡。
并行性,各个用户能够实现对数据库资源的共享。
数据并发是多用户系统的基本要求，数据一致是
因为有数据并发存在，为了适应多用户系统，协
调管理数据库中的数据，保证各个用户的任务能
够顺利准确地完成。
事务处理 是实现数据库一致性和并行性的重要手
段。 在保证一致性的前提下最大限度地提高并发
度。
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3.2 事务处理技术
? 数据操纵以 SQL为基础，但单条 SQL语句不一定
能完成所有的用户请求，许多用户请求需要若
干条 SQL语句，而且这些语句有关联，要么全
做，要么全不做。
? 如果许多用户的众多 SQL语句不加控制，随意
执行，必然破坏数据的一致完整，出现丢失修
改、不可重复读、读脏数据的错误。
? 数据库系统要对用户的操作进行控制 (事务控
制和封锁技术 )，保证并发的同时保证数据的
一致。
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3.2.1 事务概念
? 事 务是由一系列操作序列构成的程序执行单元，
这些操作要么都做，要么都不做，是一个不可
分割的工作单位。
事务是数据库提供的一种手段，应用程序员将
一系列操作组合在一起作为一个整体以便数据
库系统提供保证。事务才是对数据库系统进行
操作的最小合法单位。 DBMS在事务级而不是
在语句级确保数据的一致性。
? 事务以 Begin transaction开始，以 Commit work
或 Rollback work结束。
嵌入式 SQL,EXEC SQL COMMIT WORK;
EXEC SQL ROLLBACK WORK;
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3.2.1 事务概念
? Commit work表示提交，事务正常结束。
Rollback work表示事务非正常结束，撤消事务
已做的操作，回滚到事务开始时状态。
事务的内容只限于数据更新操作 (增删改 ),不包
含其他 SQL命令。
在标准 SQL中，没有 Begin transaction语句，上
一条 Commit或 Rollback或 SQL修改命令即为事
务的开始。
有的 DBMS使用 Begin transaction作为事务的开
始。
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3.2.1 事务概念
? 事务特性 (ACID)
– 原子性 (Atomicity)
事务的更新操作必须作为一个整体，其中包
含的所有操作要么全做，要么全不做。
原子性由系统 恢复机制 实现。
– 一致性 (Consistency)
事务的成功完成将数据库从一个一致状态转
变到另一个一致状态。
事务开始前，数据库处于一致性的状态；事
务结束后，数据库必须仍处于一致性状态。
数据库的一致性状态由 用户 来负责。
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3.2.1 事务概念
? 事务特性 (ACID)
– 隔离性 (Isolation)
系统必须保证事务不受其它并发执行事务的影响。
对任何一对事务 T1,T2，在 T1看来,T2要么在 T1开
始之前已经结束，要么在 T1完成之后再开始执行。
隔离性通过 并发控制机制 实现。
– 持久性 (Durability)
一个事务一旦提交之后，它对数据库的影响必须是
永久的，无论发生何种系统故障。
持久性通过 恢复机制 实现。
事务的原子性、隔离性、持久性由数据库系统加以保
证，一致性一般由程序员在编写程序中予以保证 。
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3.2.2 事务的调度
? 事务的调度,DBMS在处理用户提交事务时的
策略，即事务调度。事务的执行顺序称为一个
调度，表示事务的指令在系统中执行的时间顺
序。
– 一组事务的调度必须保证
? 包含了所有事务的操作指令
? 一个事务中指令的顺序必须保持不变。
– 串行调度
? 在串行调度中，属于同一事务的指令紧挨在一起。
? 对于有 n个事务的事务组，可以有 n！个有效调度。
– 并行调度
? 在并行调度中，来自不同事务的指令可以交叉执行。
? 当并行调度等价于某个串行调度时，则称它是正确的 。
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3.2.2 事务的调度
? ANSI SQL-99标准中,一致性级别 (隔离级别 )的定义
– serializable：一个调度的执行必须等价于一个串行
调度的结果。
– repeatable read：只允许读取已提交的记录，并要求
一个事务对同一记录的两次读取之间，其它事务不
能对该记录进行更新。
– read committed：只允许读取已提交的记录，但不要
求可重复读。
– read uncommitted：允许读取未提交的记录。
? 在 SQL-99的语法中允许在启动事务的 SQL语句之前设
置隔离级别。
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3.2.3 事务的数据封锁
? 数据库管理系统采用 数据封锁技术 和事务技术
解决并发性和一致性问题,数据封锁有两种封锁
模式,
专用锁,当一个事务以专用方式封锁某个资源时,
只有此事务可以改变其中的内容,在该事务结束
或释放其资源后,其它事务才能使用 ;
共享锁,允许已封锁的资源被其它事务适度共享,
多个事务可以在同一资源上申请共享锁,
? 根据封锁的类型、持锁时间、何时释放的规则，
将封锁协议分为一级封锁协议、二级封锁协议、
三级封锁协议。 不同封锁协议在不同程度上保
证数据一致性和系统并发性 。
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,数据库设计与开发, 讲义
3.2.3 事务的数据封锁
? 在 SQL语句执行时,所有必要的 封锁均由 DBMS自
动完成 (也可显式加锁 ),事务中所有为执行 SQL语
句建立的封锁均要延续到事务结束时才能释放,
否则一个数据库对象在同一时间段内被多个事务
交替操作,可能造成对数据库数据的破坏,
? 当参与封锁的事务较多,而每个事务封锁的资源
也较多时,可能出现‘死锁’情况。
? 预防死锁的方法有一次封锁法、顺序封锁法。
? 死锁的诊断有超时法、有向图法。死锁发生后，
DBMS通常选择一个处理死锁代价最小的事务将
其撤消,并恢复该事务。
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3.2.3 事务的数据封锁
? 两段锁协议 (Two-phase Locking)
– 内容：
①在对任何数据进行读写之前，事务首先要获
得对该数据的封锁。
②在释放一个封锁之后，事务不再获得任何其
它封锁。
即事务分为两个阶段：
生长阶段：获得封锁。
收缩阶段：释放封锁。
– 定理：若所有事务均遵从两段锁协议，则这些
事务的所有并行调度都是可串行化的。
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? ORACLE为了适应事务控制设置了 回退段 这一
数据库对象,系统利用回退段来确保诸如读一
致性、数据库恢复等管理功能。
? ORACLE在缺省情况下,读数据不加锁,通过回
退段 (Rollback Segment)保证用户不读脏数据和
可重复读,
? 表空间中的数据按段来组织,数据段、索引段、
暂存段和回退段，回退段是一块磁盘存储区域，
回退段可以由用户创建,但只能由系统进程使
用。
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? 回退段中的数据是为事务服务的，每执行事
务时，系统先在指定回退段上记录将要对数
据进行的更改，以事务为单位，各个事务的
回退信息链接在一起。
? 当事务要回退时，利用回退信息将数据块中
的数据恢复到先前的状态。
? 事务成功提交后，回退信息逐渐失效 (在提交
之前申请的查询需要这些信息保证 读一致性,
事务提交前对数据的变动不会为其他用户所
知晓 )。回退段可以循环使用。
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? 用回退段保证读一致性 (不读脏数据和可重复读 )：
1 2 3 4 5 6
Tu2
Tu1
Ts3
Ts2
Ts1
时间
事务
表 customers
时间 回退信息
3 discnt=10
5 discnt=11
数据缓冲区
cid discnt
c001 10
11
15
数据段, 回退段,
Tu1
Tu2
例, 有 5个事务并发,
Ts1,Ts2,Ts3为查询事务,
Tu1,Tu2为更新事务,
Tu1:UPDATE customers
SET discnt=discnt*1.1
WHERE cid=?c001‘;
Tu2,UPDATE customers
SET discnt=15 WHERE
cid=?c001‘;
事务开始和完成时间段
如右上图,
事务对回退段影响如右
下图,
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? 用回退段保证读一致性 (不读脏数据和可重复读 )：
事务的开始顺序和基准时间为,Ts1=0 – Tu1=3 – Ts2=4 –
Tu2=5 – Ts3=6;
事务的完成顺序和基准时间为,Tu1=4 – Tu2=6 – Ts1>6 –
Ts2>6 – Ts3>6;
数据缓冲区的内容是最新更改的结果,回退段按时间顺
序记录了每次更改以前的数据 ;
尽管 Tu1和 Tu2两次更改了 discnt的值,但 Tu1开始之前
Ts1已开始,所以在时间 4结束的 Tu1回退信息并不马上消
失,保证 Ts1从回退段中查得 discnt为 10,Tu2开始之前 Ts2已
开始,所以在时间 6结束的 Tu2回退信息并不马上消失,保证
Ts2从回退段中查得 discnt为 11,Ts3基准时间是 6,从缓冲区
中查得 discnt为 15.
Ts1和 Ts2结束后才清除回退段信息,
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? 在数据库创建时 SYSTEM表空间中建立了
SYSTEM回退段。每个数据库可以有一个或多
个回退段，最好只将 SYSTEM回退段用于系统
事务，将用户事务分配在其他回退段上，以提
高资源利用率。
? 创建 回退段时可同时设定其存储参数,回退段
至少要包括两个区间 (MINEXTENTS)，回退段
的区间总数受到回退段存储参数 MAXEXTENTS
的限制。
? 一个事务的回退信息按顺序在指定的回退段中
写入。创建多少个回退段及给每个回退段分配
多少区间，要考虑可能出现的最大并发事务数，
每个回退段所能同时服务的事务数。
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3.2.4 ORACLE事务控制 -回退段
? 事务的执行过程（采用日志和回退段双重记录
事务活动）：
进入回退段,写入回退信息
从数据段读入缓冲区,SQL处理
记载日志文件
提交,写更改结果到磁盘 回退,写回退信息到磁盘
事务第一条更新语句
事务结束N
Y
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3.2.5 ORACLE事务控制 -语句
? ORACLE事务控制语句,
– COMMIT [WORK];
清除本事务的全部保留点,清除为执行事务建立的封
锁机制,结束本事务,提交数据,
– SAVEPOINT 保留点名 ;
保留点是一事务范围内的中间标志,经常用于将长事
务划分为短小的部分,保留点可标志在长事务的任何
点,允许回退该点之后的工作,保留点主要作为一种调
试手段使用,在一个事务中如果用相同的保留点名创
建第二个保留点,则前一个保留点被删除掉,每个事务
最大的活动保留点由初始化参数文件中的参数
SAVEPOINTS设定,极限值为 255,
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3.2.5 ORACLE事务控制 -语句
– ROLLBACK [WORK] [TO [SAVEPOINT] 保留点
名 ];
清除本事务的全部保留点,清除为执行事务建立的
封锁机制,结束本事务,回退数据,
数据定义语句 CREATE,DROP总引发提交，系统
正常关闭时，未提交事务将隐式提交，一个进程或
例程非正常终止，未提交事务将隐式回退。
– SET TRANSACTION [READ ONLY] [READ
WRITE] [USE ROLLBACK SEGMENT 回退段名 ];
设置事务是对事务的一种控制，建立当前事务为
只读事务或读写事务，控制事务使用指定的回退段
空间。只读事务不生成回退信息，所以不必分配回
退段,缺省状态下事务为读写事务。
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3.2.6 ORACLE事务控制 -数据锁
? ORACLE提供了各种类型的封锁机制保证并发操
作时数据的一致，对数据库对象的封锁由系统自
动完成。数据库应用设计者可以干预自动封锁过
程以提高整体效率,
? ORACLE主要封锁类型有,
– 数据锁, 目的是保护数据,用于封锁表和表中的某些行 ;
– 字典锁, 目的是保护数据库对象的结构,用于表对象的
定义 ;
– 内部锁, 用于保护数据库的内部结构,如文件等,
? 数据锁有两种级别的封锁方式,
– 表封锁,封锁表中的所有行,数据并行度低,
– 行封锁,行级封锁在对应表上加字典锁,
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3.2.6 ORACLE事务控制 -数据锁
? ORACLE表上的数据锁类型有,
– RS:行共享,用于让事务封锁表中的部分行,以便于数
据修改,但在建立封锁时并不立即修改数据,当事务在
一表持有行共享锁时,允许其他事务并行查询、插入、
修改、删除。
– RX:行专有,事务可对表中部分行建立专有锁，使事务
可以在以后的操作中多次修改这些行。具有行专有
锁的表允许其他事务并行查询、插入、修改、删除。
– S:共享,共享锁将阻止其他事务修改表中的内容，具
有共享锁的表拒绝其他事务插入、修改、删除。
– SRX:共享行专有,每个表上的共享行专有锁只能由一
个事务建立，有这种类型锁的表只能允许其他事务
查询。
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3.2.6 ORACLE事务控制 -数据锁
– X:专有,事务在表上建立专有锁之后，可以独占此表
进行写入操作。
? ORACLE中的 SELECT不用任何数据锁阻塞其
他操作，也称无阻塞查询 。 INSERT、
UPDATE,DELETE引发数据封锁，事务所申
请的全部数据锁在事务提交或回退时一起释放，
表上的数据锁也可以通过显式语句完成 (如下页
表 )。
? 表上的数据锁在事务执行过程中可能发生变化，
如事务为执行带 UPDATE子句的 SELECT语句，
需在选中行上建立行共享锁，如果稍后事务决
定修改其中的某些行，则这些行上的行共享锁
将自动转换为行专有锁。
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3.2.6 ORACLE事务控制 -数据锁
SQL语句 封锁 允许模式 RS RX S SRX X
Select 无 Y Y Y Y Y
Insert RX Y Y N N N
Delete RX Y Y N N N
Update RX Y Y N N N
Select for update of RS Y Y Y Y N
Lock table in row share mode RS Y Y Y Y N
Lock table in row exclusive
mode
RX Y Y N N N
Lock table in share mode S Y N Y N N
Lock table in share row
exclusive mode
SR
X
Y N N N N
Lock table in exclusive mode X N N N N N
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3.2.6 ORACLE事务控制 -数据锁
? 数据库设计者应该利用各种方法减少数据对象
的封锁时间，以提高系统并发能力,
在事务中尽可能晚地发出封锁申请；
在备份的数据库对象上操作以减少封锁时间；
利用索引减少封锁时间，查询操作可以根本不
访问索引关联的表，而直接给出查询结果。
? 数据库设计者应该按照约定顺序封锁表减少出
现死锁的可能性，以提高系统并发能力 。
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作业：
1.解释游标,
2.针对 CAP数据库,编写一应用程序,给出任
一产品的 pid,列出购买该产品的前 5名顾客
(cid,cname)及其购买数量,即这些顾客购买
该产品的数量最大,
3.说明数据库管理系统保证数据一致性和并
发性的机制,
4.ORACLE为什么设置回退段?
5.数据库设计者在保证数据一致性和并发性
方面可以有哪些措施?
