分布式系统中的并发控制：两阶段锁（Two-Phase Locking, 2PL）协议 题目描述 两阶段锁（2PL）是一种经典的分布式并发控制协议，用于协调多个事务对共享数据的访问，避免读写冲突、保证可串行化调度。其核心规则是：每个事务必须分两个阶段加锁与释放锁，即 增长阶段 （只能获取锁）和 收缩阶段 （只能释放锁）。在分布式环境中，锁管理器可能分散在不同节点，需通过锁协商机制保证全局一致性。 解题过程循序渐进讲解 步骤1: 理解2PL的基本规则与目标 问题场景 ：多个分布式事务并发读写数据库中的不同数据项，需防止脏读、丢失更新等异常。 核心规则 ： 增长阶段 ：事务在执行任何数据操作前必须获取对应锁（读锁或写锁），此阶段不能释放任何锁。 收缩阶段 ：事务释放第一个锁后，进入收缩阶段，此阶段只能释放锁而不能申请新锁。 目标 ：通过锁的阶段分离，确保事务间的冲突操作可串行化排序。 步骤2: 分布式环境下的锁管理机制 锁管理器分布 ：每个数据项的主副本所在节点负责管理该数据的锁。事务需向多个节点的锁管理器申请锁。 锁协商流程 ： 事务协调者向所有涉及的数据节点发送锁请求（读锁可共享，写锁需排他）。 各锁管理器检查冲突：若请求的锁与已持有锁兼容则立即授予；否则阻塞请求，加入等待队列。 事务需获得所有所需锁后，才能执行本地数据操作。 步骤3: 严格2PL（Strict 2PL）的优化 基本2PL的缺陷 ：收缩阶段过早释放锁可能导致级联回滚（其他事务可能读到未提交的数据）。 严格2PL的改进 ：事务持有所有锁直到提交或回滚时才一次性释放。此举避免级联回滚，简化恢复流程。 分布式实现 ：事务提交前，协调者通知所有节点持久化日志；提交确认后，再统一释放所有锁。 步骤4: 死锁处理与预防 死锁风险 ：分布式环境下，多节点锁等待可能形成循环依赖（例如事务T1等待T2持有的锁，T2等待T1持有的锁）。 解决方案 ： 超时机制 ：若锁等待超时，事务主动回滚并重试。 死锁检测 ：构建全局等待图（通过节点间周期交换等待信息），检测循环后中止环中某个事务。 死锁预防 ：按全局顺序申请锁（如按数据项字典序），或使用等待-死亡（Wait-Die）等时间戳策略。 步骤5: 故障恢复与锁清理 节点故障 ：若锁管理器节点宕机，需通过副本或日志恢复锁状态。 事务中断 ：事务回滚时，需释放其所有锁并通知等待该锁的事务重新申请。 协调者故障 ：若事务协调者宕机，需通过超时机制或全局事务管理器清理其持有的僵尸锁。 总结 分布式2PL通过严格的锁阶段划分与全局锁协调，实现了可串行化隔离。其核心挑战在于死锁管理、故障恢复与性能优化（如锁粒度选择）。实际系统中常结合严格2PL与超时机制，平衡一致性与效率。