背景

數(shù)據(jù)庫中有一張叫后宮佳麗的表,每天都有幾百萬新的小姐姐插到表中,光陰荏苒,夜以繼日,日久生情,時間長了,表中就有了幾十億的小姐姐數(shù)據(jù),看到幾十億的小姐姐,每到晚上,我可愁死了,這么多小姐姐,我翻張牌呢?

辦法當(dāng)然是精兵簡政,刪除那些age>18的,給年輕的小姐姐們留位置...

于是我在數(shù)據(jù)庫中添加了一個定時執(zhí)行的小程序,每到周日,就自動運(yùn)行如下的腳本 

delete from `后宮佳麗` where age>18 

一開始還自我感覺良好,后面我就發(fā)現(xiàn)不對了,每到周日,這個腳本一執(zhí)行就是一整天,運(yùn)行的時間有點(diǎn)長是小事,重點(diǎn)是這大好周日,我再想讀這張表的數(shù)據(jù),怎么也讀不出來了,怎是一句空虛了得,我好難啊!

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為什么

編不下去了,真實(shí)背景是公司中遇到的一張有海量數(shù)據(jù)表,每次一旦執(zhí)行歷史數(shù)據(jù)的清理,我們的程序就因?yàn)樽x不到這張表的數(shù)據(jù),瘋狂地報錯,后面一查了解到,原來是因?yàn)槎〞r刪除的語句設(shè)計不合理,導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)由行鎖(Row lock)升級為表鎖(Table lock)了😂.

解決這個問題的過程中把數(shù)據(jù)庫鎖相關(guān)的學(xué)習(xí)了一下,這里把學(xué)習(xí)成果,分享給大家,希望對大家有所幫助.

我將討論SQL Server鎖機(jī)制以及如何使用SQL Server標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)管理視圖監(jiān)視SQL Server 中的鎖,相信其他數(shù)據(jù)的鎖也大同小異,具有一定參考意義.

鋪墊知識

在我開始解釋SQL Server鎖定體系結(jié)構(gòu)之前，讓我們花點(diǎn)時間來描述ACID（原子性，一致性，隔離性和持久性）是什么。ACID是指數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）在寫入或更新資料的過程中，為保證事務(wù)（transaction）是正確可靠的，所必須具備的四個特性：原子性（atomicity，或稱不可分割性）、一致性（consistency）、隔離性（isolation，又稱獨(dú)立性）、持久性（durability）。

ACID#

原子性(Atomicity)#

一個事務(wù)（transaction）中的所有操作，或者全部完成，或者全部不完成，不會結(jié)束在中間某個環(huán)節(jié)。事務(wù)在執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤，會被回滾（Rollback）到事務(wù)開始前的狀態(tài)，就像這個事務(wù)從來沒有執(zhí)行過一樣。即，事務(wù)不可分割、不可約簡。

一致性(Consistency)#

在事務(wù)開始之前和事務(wù)結(jié)束以后，數(shù)據(jù)庫的完整性沒有被破壞。這表示寫入的資料必須完全符合所有的預(yù)設(shè)約束、觸發(fā)器、級聯(lián)回滾等。

隔離性(Isolation)#

數(shù)據(jù)庫允許多個并發(fā)事務(wù)同時對其數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫和修改的能力，隔離性可以防止多個事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時由于交叉執(zhí)行而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致。事務(wù)隔離分為不同級別，包括未提交讀（Read uncommitted）、提交讀（read committed）、可重復(fù)讀（repeatable read）和串行化（Serializable）。

持久性(Durability)#

事務(wù)處理結(jié)束后，對數(shù)據(jù)的修改就是永久的，即便系統(tǒng)故障也不會丟失。

來源:維基百科 https://zh.wikipedia.org/wiki/ACID

事務(wù) (Transaction:)#

事務(wù)是進(jìn)程中最小的堆棧，不能分成更小的部分。此外，某些事務(wù)處理組可以按順序執(zhí)行，但正如我們在原子性原則中所解釋的那樣，即使其中一個事務(wù)失敗，所有事務(wù)塊也將失敗。

鎖定 (Lock)#

鎖定是一種確保數(shù)據(jù)一致性的機(jī)制。SQL Server在事務(wù)啟動時鎖定對象。事務(wù)完成后，SQL Server將釋放鎖定的對象。可以根據(jù)SQL Server進(jìn)程類型和隔離級別更改此鎖定模式。這些鎖定模式是：

鎖定層次結(jié)構(gòu)#

SQL Server具有鎖定層次結(jié)構(gòu)，用于獲取此層次結(jié)構(gòu)中的鎖定對象。數(shù)據(jù)庫位于層次結(jié)構(gòu)的頂部，行位于底部。下圖說明了SQL Server的鎖層次結(jié)構(gòu)。

共享（S）鎖 (Shared (S) Locks)#

當(dāng)需要讀取對象時，會發(fā)生此鎖定類型。這種鎖定類型不會造成太大問題。

獨(dú)占（X）鎖定 (Exclusive (X) Locks)# 

發(fā)生此鎖定類型時，會發(fā)生以防止其他事務(wù)修改或訪問鎖定對象。

更新（U）鎖 (Update (U) Locks)#

此鎖類型與獨(dú)占鎖類似，但它有一些差異。我們可以將更新操作劃分為不同的階段：讀取階段和寫入階段。在讀取階段，SQL Server不希望其他事務(wù)有權(quán)訪問此對象以進(jìn)行更改,因此，SQL Server使用更新鎖。

意圖鎖定 (Intent Locks)#

當(dāng)SQL Server想要在鎖定層次結(jié)構(gòu)中較低的某些資源上獲取共享（S）鎖定或獨(dú)占（X）鎖定時，會發(fā)生意圖鎖定。實(shí)際上，當(dāng)SQL Server獲取頁面或行上的鎖時，表中需要設(shè)置意圖鎖。

SQL Server locking

了解了這些背景知識后，我們嘗試再SQL Server找到這些鎖。SQL Server提供了許多動態(tài)管理視圖來訪問指標(biāo)。要識別SQL Server鎖，我們可以使用sys.dm_tran_locks視圖。在此視圖中，我們可以找到有關(guān)當(dāng)前活動鎖管理的大量信息。

在第一個示例中，我們將創(chuàng)建一個不包含任何索引的演示表，并嘗試更新此演示表。 

CREATE TABLE TestBlock  
(Id INT ,  
Nm VARCHAR(100))  
INSERT INTO TestBlock  
values(1,'CodingSight')  
In this step, we will create an open transaction and analyze the locked resources.  
BEGIN TRAN  
UPDATE TestBlock SET   Nm='NewValue_CodingSight' where Id=1  
select @@SPID 

再獲取到了SPID后，我們來看看sys.dm_tran_lock視圖里有什么。 

select * from sys.dm_tran_locks  WHERE request_session_id=74 

此視圖返回有關(guān)活動鎖資源的大量信息,但是是一些我們難以理解的一些數(shù)據(jù)。因此，我們必須將sys.dm_tran_locks join 一些其他表。 

SELECT dm_tran_locks.request_session_id,  
       dm_tran_locks.resource_database_id,  
       DB_NAME(dm_tran_locks.resource_database_id) AS dbname,  
       CASE  
           WHEN resource_type = 'OBJECT'  
               THEN OBJECT_NAME(dm_tran_locks.resource_associated_entity_id)  
           ELSE OBJECT_NAME(partitions.OBJECT_ID)  
       END AS ObjectName,  
       partitions.index_id,  
       indexes.name AS index_name,  
       dm_tran_locks.resource_type,  
       dm_tran_locks.resource_description,  
       dm_tran_locks.resource_associated_entity_id,  
       dm_tran_locks.request_mode,  
       dm_tran_locks.request_status  
FROM sys.dm_tran_locks  
LEFT JOIN sys.partitions ON partitions.hobt_id = dm_tran_locks.resource_associated_entity_id  
LEFT JOIN sys.indexes ON indexes.OBJECT_ID = partitions.OBJECT_ID AND indexes.index_id = partitions.index_id  
WHERE resource_associated_entity_id > 0  
  AND resource_database_id = DB_ID()  
 and request_session_id=74  
ORDER BY request_session_id, resource_associated_entity_id 

在上圖中，您可以看到鎖定的資源。SQL Server獲取該行中的獨(dú)占鎖。（RID：用于鎖定堆中單個行的行標(biāo)識符）同時，SQL Server獲取頁中的獨(dú)占鎖和TestBlock表意向鎖。這意味著在SQL Server釋放鎖之前，任何其他進(jìn)程都無法讀取此資源,這是SQL Server中的基本鎖定機(jī)制。

現(xiàn)在，我們將在測試表上填充一些合成數(shù)據(jù)。 

TRUNCATE TABLE    TestBlock  
DECLARE @K AS INT=0  
WHILE @K <8000  
BEGIN  
INSERT TestBlock VALUES(@K, CAST(@K AS varchar(10)) + ' Value' )  
SET @K=@K+1  
 END  
--After completing this step, we will run two queries and check the sys.dm_tran_locks view.  
BEGIN TRAN  
 UPDATE TestBlock  set Nm ='New_Value' where Id<5000 

在上面的查詢中，SQL Server獲取每一行的獨(dú)占鎖?，F(xiàn)在，我們將運(yùn)行另一個查詢。 

BEGIN TRAN  
 UPDATE TestBlock  set Nm ='New_Value' where Id<7000 

在上面的查詢中，SQL Server在表上創(chuàng)建了獨(dú)占鎖，因?yàn)镾QL Server嘗試為這些將要更新的行獲取大量RID鎖,這種情況會導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫引擎中的大量資源消耗,因此，SQL Server會自動將此獨(dú)占鎖定移動到鎖定層次結(jié)構(gòu)中的上級對象(Table)。我們將此機(jī)制定義為Lock Escalation, 這就是我開篇所說的鎖升級,它由行鎖升級成了表鎖。

根據(jù)官方文檔的描述存在以下任一條件，則會觸發(fā)鎖定升級：

•  單個Transact-SQL語句在單個非分區(qū)表或索引上獲取至少5,000個鎖。
•  單個Transact-SQL語句在分區(qū)表的單個分區(qū)上獲取至少5,000個鎖，并且ALTER TABLE SET LOCK_ESCALATION選項(xiàng)設(shè)置為AUTO。
•  數(shù)據(jù)庫引擎實(shí)例中的鎖數(shù)超過了內(nèi)存或配置閾值。

https://docs.microsoft.com/en-us/previous-versions/sql/sql-server-2008-r2/ms184286(v=sql.105)

如何避免鎖升級

防止鎖升級的最簡單，最安全的方法是保持事務(wù)的簡短，并減少昂貴查詢的鎖占用空間，以便不超過鎖升級閾值,有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo).

將大批量操作分解為幾個較小的操作#

例如，在我開篇所說的在幾十億條數(shù)據(jù)中刪除小姐姐的數(shù)據(jù)： 

delete from `后宮佳麗` where age>18 

我們可以不要這么心急,一次只刪除500個，可以顯著減少每個事務(wù)累積的鎖定數(shù)量并防止鎖定升級。例如： 

SET ROWCOUNT 500  
delete_more:  
     delete from `后宮佳麗` where age>18  
IF @@ROWCOUNT > 0 GOTO delete_more 
 SET ROWCOUNT 0 

創(chuàng)建索引使查詢盡可能高效來減少查詢的鎖定占用空間#

如果沒有索引會造成表掃描可能會增加鎖定升級的可能性, 更可怕的是，它增加了死鎖的可能性，并且通常會對并發(fā)性和性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

根據(jù)查詢條件創(chuàng)建合適的索引,最大化提升索引查找的效率,此優(yōu)化的一個目標(biāo)是使索引查找返回盡可能少的行，以最小化查詢的的成本。

如果其他SPID當(dāng)前持有不兼容的表鎖，則不會發(fā)生鎖升級#

鎖定升級始總是升級成表鎖，而不會升級到頁面鎖定。如果另一個SPID持有與升級的表鎖沖突的IX（intent exclusive）鎖定，則它會獲取更細(xì)粒度的級別（行，key或頁面）鎖定，定期進(jìn)行額外的升級嘗試。表級別的IX（intent exclusive）鎖定不會鎖定任何行或頁面，但它仍然與升級的S（共享）或X（獨(dú)占）TAB鎖定不兼容。

如下所示,如果有個操作始終在不到一小時內(nèi)完成，您可以創(chuàng)建包含以下代碼的sql，并安排在操作的前執(zhí)行 

BEGIN TRAN  
SELECT * FROM mytable (UPDLOCK, HOLDLOCK) WHERE 1=0  
WAITFOR DELAY '1:00:00'  
COMMIT TRAN 

此查詢在mytable上獲取并保持IX鎖定一小時，這可防止在此期間對表進(jìn)行鎖定升級。

Happy Ending

好了,不說了,小姐姐們因?yàn)椴幌腚x我開又打起來了(死鎖).