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'''Two-Phase Locking (2PL)''' is a concurrency control protocol used in database systems to ensure serializability of transactions. It operates in two distinct phases where locks are acquired and released in a specific order, preventing conflicts between concurrent transactions. ==Key Concepts== *'''Locking Protocol:''' Transactions acquire locks on data items before accessing them and release locks when no longer needed. *'''Serializability:''' 2PL guarantees that the resulting transaction schedule is equivalent to a serial execution. *'''Phases of 2PL:''' The protocol divides transaction execution into two phases: **'''Growing Phase:''' Locks are acquired but not released. **'''Shrinking Phase:''' Locks are released but not acquired. ==Phases of Two-Phase Locking== #'''Growing Phase:''' #*The transaction requests and acquires locks as needed. #*No locks are released in this phase. #'''Shrinking Phase:''' #*The transaction releases locks as operations complete. #*No new locks are acquired after the first lock is released. ==Example of Two-Phase Locking== Consider two transactions, T1 and T2, accessing a shared data item: {| class="wikitable" !Step!!Transaction T1!!Transaction T2!!Explanation |- |1||BEGIN TRANSACTION||BEGIN TRANSACTION||Both transactions start. |- |2||READ(A)||-||T1 acquires a shared lock on A and reads its value. |- |3||-||WRITE(A)||T2 waits because T1 holds a shared lock on A. |- |4||WRITE(A)||-||T1 upgrades to an exclusive lock and writes to A. |- |5||COMMIT||-||T1 releases its locks, allowing T2 to proceed. |- |6||-||WRITE(A)||T2 acquires an exclusive lock and writes to A. |} ==Variants of Two-Phase Locking== Two-Phase Locking has several variants to handle specific requirements: *'''Strict 2PL:''' **Locks are held until the transaction commits or aborts. **Prevents cascading rollbacks and ensures recoverability. *'''Rigorous 2PL:''' **All locks are held until the transaction commits. **Provides the strictest guarantees and simplifies recovery. *'''Conservative 2PL:''' **Transactions acquire all required locks before execution begins. **Prevents deadlocks but may reduce concurrency. ==Deadlock in Two-Phase Locking== 2PL can lead to deadlocks when two or more transactions wait indefinitely for locks held by each other. Common strategies to handle deadlocks include: *'''Deadlock Detection:''' Use a wait-for graph to identify cycles and abort one of the transactions. *'''Deadlock Prevention:''' Enforce lock acquisition order to avoid circular waits. *'''Timeouts:''' Abort transactions that wait too long for a lock. ==Advantages== *'''Guarantees Serializability:''' Ensures that transactions execute in a serializable manner. *'''Simplicity:''' Easy to understand and implement compared to other protocols. *'''Widely Used:''' Forms the basis for many database concurrency control mechanisms. ==Limitations== *'''Deadlock Risk:''' Can result in deadlocks if not managed properly. *'''Reduced Concurrency:''' Lock contention may lower system performance in high-concurrency environments. *'''Long Lock Holding:''' Variants like Strict 2PL can increase the duration of lock holding, impacting throughput. ==Applications== Two-Phase Locking is commonly used in: *'''Transactional Databases:''' To ensure consistency in banking, e-commerce, and other critical systems. *'''Distributed Systems:''' Ensures consistency across nodes in distributed database architectures. *'''Enterprise Systems:''' Used in systems where serializability is a strict requirement. ==See Also== *[[Concurrency Control]] *[[Deadlock Detection]] *[[Strict Two-Phase Locking]] *[[Rigorous Two-Phase Locking]] *[[Transaction Management]] *[[Lock-Based Protocols]] *[[Serializability]] [[Category:Database]]
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