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[数据库]第一次接触终极事务处理——Hekaton


在这篇文章里,我想给出如何与终极事务处理(Extreme Transaction Processing (XTP) )的第一步接触,即大家熟知的Hakaton。如果你想对XTP有个很好的概况认识,我推荐Kalen Delaney写的关于它的白皮书,另外微软研究院也发布了题为“对于内存数据库的高性能并发控制机制(High-Performance Concurrency Control Mechanisms for Main-Memory Databases)”的研究白皮书,点此下载。

所有XTP维护记录都明显为你指出:对于你的SQL Server数据库,在后台是存储在文件流(FILESTREAM) 文件组里。因此当你想要使用XTP,首先你要做的是,增加一个新的文件流(FILESTREAM) 文件组到你对应的数据库。新的文件组也必须标上MEMORY_OPTIMIZED_DATA属性。以下脚本请在64位系统里的SQL Server 2014里运行。

1 -- Create new database2 CREATE DATABASE TestDatabase3 GO4 5 --Add MEMORY_OPTIMIZED_DATA filegroup to the database.6 ALTER DATABASE TestDatabase7 ADD FILEGROUP XTPFileGroup CONTAINS MEMORY_OPTIMIZED_DATA

 点击【数据库属性】【文件组】,可以看到【内存优化数据】。

 在你创建新FILESTREAM文件组后,你还需要添加一个新的文件到这个文件组。

1 -- Add a new file to the previous created file group2 ALTER DATABASE TestDatabase ADD FILE3 (4  NAME = N'HekatonFile1',5  FILENAME = N'C:\Program Files\Microsoft SQL Server\MSSQL12.MSSQLSERVER\MSSQL\DATA\HekatonFile1'6 )7 TO FILEGROUP [XTPFileGroup]8 GO

在我们已经准备好用于XTP的数据库后,最后我们可以添加我们的内存优化表(Memory Optimized Table)——这个名字就是SQL Server所指的XTP表:

 看到这个截屏,估计你很期待一个非常酷的表创建向导,但事实上我们只看到一个T-SQL脚本模板——没别啥东东。希望微软对此在后续版本会有所改进……下面是创建一个XTP表的必需脚本:

 1 USE TestDatabase 2 -- Let's create a new Memory Optimized Table 3 CREATE TABLE TestTable 4 ( 5  Col1 INT NOT NULL, 6  Col2 VARCHAR(100) NOT NULL, 7  Col3 VARCHAR(100) NOT NULL 8  CONSTRAINT chk_PrimaryKey PRIMARY KEY NONCLUSTERED HASH (Col1) WITH (BUCKET_COUNT = 1024) 9 ) WITH (MEMORY_OPTIMIZED = ON)10 GO

哎呀,报错了。因为俺们用的是中文版本的SQL Server 2014,排序规则是:Chinese_PRC_CI_AS

看来对中文字符的支持还不是很好,我们可以换用数据类型 nchar(n) 或 nvarchar(n)。

 1 USE TestDatabase 2 -- Let's create a new Memory Optimized Table 3 CREATE TABLE TestTable 4 ( 5  Col1 INT NOT NULL, 6  Col2 NVARCHAR(100) NOT NULL, 7  Col3 NVARCHAR(100) NOT NULL 8  CONSTRAINT chk_PrimaryKey PRIMARY KEY NONCLUSTERED HASH (Col1) WITH (BUCKET_COUNT = 1024) 9 ) WITH (MEMORY_OPTIMIZED = ON)10 GO

在XTP里额每个表都必须要有一个非聚集哈希索引(Non-Clustered Hash Index)的约束。聚集哈希索引(Clustered Hash Index)目前尚不支持。你还要用BUCKET_COUNT子句来指定桶数。最后你要为数据库标上MEMORY_OPTIMIZED。恭喜您,你已经创建了您的第一个内存优化表——这个一点都不难!

使用这个新表非常简单。我们来插入几条记录:

1 -- Let's insert a simple record into the new table2 INSERT INTO TestTable (Col1, Col2, Col3) VALUES (1, 'Woody', 'Tu')3 GO

但是XTP的真正威力是在处理并发用户的时候,因为没有锁/阻塞/封锁(Locking/Blocking/Latching)。连排它锁(Exclusive Locks (X) )也米有了。平常当我们在“普通”表上运行INSERT语句时,在表上会有IX锁,在数据页,在记录本身会有一个X锁。但在XTP里,这些锁全不见了。来看下面的查询: 

 1 -- Make an insert in an explicit transaction 2 BEGIN TRANSACTION 3  4 INSERT INTO TestTable (Col1, Col2, Col3) VALUES (2, 'Smart', 'GZ') 5  6 -- No IX, X locks anymore! 7 SELECT * FROM sys.dm_tran_locks 8 WHERE request_session_id = @@SPID 9 10 COMMIT11 GO

sys.dm_tran_locks的输出结果可以看到,只有在表本身有一个模式稳定锁(Schema Stability Lock (Sch-S) ),但IX和X锁都消失了——非常酷!

当你运行刚才的脚本不马上提交事务:

1 BEGIN TRANSACTION2 3 INSERT INTO TestTable (Col1, Col2, Col3) VALUES (3, 'Cn', 'Blog')

你仍然可以从另外一个会话通过SELECT语句无锁的获得最新数据,在执行查询之前,我们在工具栏点击显示实际的执行计划:

1 SELECT * FROM dbo.TestTable

 

SQL Server在执行计划里使用了Index Scan (NonClusteredHash) 运算符。

在XTP之前,这个行为在数据库里只能通过启用乐观并发控制(Optimistic Concurrency)来建立——在SQL Server 2005后才引入了Read Committed Snapshot IsolationSnapshot Isolation

我们来试下UPDATE语句:

1 UPDATE TestTable SET Col2 = 'Test' WHERE Col1 = 12 GO

当我们看UPDATE执行计划时,除了Index Seek (NonClusteredHash)运算符,这里没啥特别的地方。因此XTP能扫描和查找哈希索引(Hash Indexes)。我们来试下显示事务里的UPDATE语句:

 1 -- Let's try the UPDATE statement in an explicit transaction 2 BEGIN TRANSACTION 3  4 UPDATE TestTable SET Col2 = 'Test' WHERE Col1 = 1 5  6 SELECT * FROM sys.dm_tran_locks 7 WHERE request_session_id = @@SPID 8  9 COMMIT10 GO

这一次,SQL Server给我们了下列错误信息:

因此当你使用显示事务时,我们要提示SQL Server。但是WITH (SNAPSHOT)SNAPSHOT事务隔离级别(Transaction Isolation Level)不一样,因为当我更改隔离级别为SNAPSHOT,并尝试回滚事务时:

1 SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SNAPSHOT;2 BEGIN TRANSACTION3 4 UPDATE TestTable SET Col2 = 'Test' WHERE Col1 = 15 6 ROLLBACK 

我会收到如下的错误信息:

 

因此,我们给查询本身加上查询提示:

1 BEGIN TRANSACTION2 3 UPDATE TestTable WITH (SNAPSHOT) SET Col2 = 'Test' WHERE Col1 = 14 5 SELECT * FROM sys.dm_tran_locks6 WHERE request_session_id = @@SPID7 8 COMMIT9 GO

现在事务已经提交,sys.dm_tran_locks 再一次只显示了Sch-S锁。下一步我想做的是尝试并行执行2个UPDATE语句,但不提交第1个事务。因此我们在2个不同的会话执行下列语句,并确保2个事务都不提交。

1 BEGIN TRANSACTION2 3 UPDATE TestTable WITH (SNAPSHOT) SET Col2 = 'Test' WHERE Col1 = 1

没有XTP,第2个事务会阻塞,因为X锁正被第1个事务拿着:

很遗憾SQL Server在第2个会话里给我们下列的错误信息:

 

我们的执行进入更新冲突(Update Conflict),SQL Server回滚了第2个事务。我并没有料到这点,但我需要对此仔细思考下。

在当前SQL Server 2014 CTP1版本里,XTP提供给你的另一个东西叫做 本机编译的存储过程(Natively Compiled Stored Procedures)

 

又一次,没有向导,只有你要用到的T-SQL脚本模板。本机编译(Native Compilation)意味这SQL Server在后台将整个存储过程编译至C/C++代码——这个性能将会是卓越的,因为现在我们在SQL Server内部直接执行本机代码(native code)。下面脚本展示了一个简单的XTP存储过程是啥样的:

 1 CREATE PROCEDURE HekatonProcedure 2 ( 3  @Param INT 4 ) 5 WITH NATIVE_COMPILATION, SCHEMABINDING, EXECUTE AS OWNER 6 AS 7 BEGIN 8  ATOMIC WITH 9   (10    TRANSACTION ISOLATION LEVEL = SNAPSHOT, LANGUAGE = N'us_english'11   )12 13  INSERT INTO dbo.TestTable (Col1, Col2, Col3) VALUES (@param, N'Woody', N'Tu')14 15  SELECT Col1, Col2, Col3 FROM dbo.TestTable16 END17 GO

有几个属性必须要知道:

  • 存储过程必须用SCHEMABINDINGEXECUTE AS来创建;
  • 存储过程必须标记为NATIVE_COMPILATION
  • 你必须指定ATOMIC代码块,这里设置事务隔离级别和所用语言。

当你完成存储过程创建后,你就可以执行它了:

1 EXEC HekatonProcedure 52 GO

因为现在你用的是本机代码,那就没有执行计划了!好好享受这执行速度……ALTER PROCEDURE也不支持了(没意义,因为是本地生成代码(native generated code)),意味如果你想修改这个存储过程的话,你还不能再次DROPCREATE

这是我第一次安装SQL Server 2014体验XTP的简短过程。更多的信息和内容,我定会在接下来的文章里和大家一起分享。请继续关注!