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[数据库]第19/24周 锁升级(Lock Escalations)


大家好,欢迎回到性能调优培训。上2个星期我们已经讨论了SQLServer里的悲观和乐观锁。今天我想谈下SQL Server里对于锁的一个特殊现象:所谓的锁升级(Lock Escalations)。在我们进入那个问题的细节前,我想先谈下SQL Server内部使用的锁层级(Lock Hierarchy)

锁层级(Lock Hierarchy)

2个星期前,当我们开始讨论悲观并发模式(pessimistic concurrency)时,我告诉你SQLServer在记录层会获取共享锁(Shared Locks)和排它锁(Exclusive Locks)。遗憾的是,这不是全部事实。完整事实是SQL Server会在不同粒度(granularities)获得锁,例如数据库,不同页,最后在记录层。SQL Server实现整个所层级(lock hierarchy),如下图所示:

一旦你使用一个数据库,你的会话会在数据库上获得一个共享锁(Shared Lock)。那个共享锁是需要的,因此没有其他人可以删除数据库,或还原数据库备份。这些操作会被阻塞,因为你打开的会话。SQL Server不但在行层上有共享锁和排它锁,SQL Server也在表和页层使用所谓的意向锁(Intent Locks)

  • 在行层有共享锁(Shared Locks),在表和页上拿到意向共享锁(intent shared lock(IS))。
  • 在行层有排它锁(Exclusive Locks),在表和页上拿到意向排它锁(intent exclusive lock(IX))。

意向锁(Intent Locks)用来作为1个信号,表示在锁层级(lock hierarchy)里(很可能)有1个不兼容的锁在低一层已获得。意向锁是关系数据库主要性能调优。没有它们的话,锁管理器需要在低1层完全进入列表,来决定高1层的锁是否可以获取。如果你在表层有一个意向排它锁(IX),你就不能在表层获得排它锁(X),因为有些记录在表本身里已经是排它锁(X):在表层获得排它锁(X)会阻塞,因为在表上已经有意向排它锁(IX)。

遗憾的是这个多粒度锁并不是免费的:在SQL Server里每个锁需要96 bytes,因此会消耗一些内存,SQL Server必须保证没有查询使用太多的内存空间,不然的话内存会被耗尽。这就是为什么会有锁升级(lock escalations)的存在。

锁升级(Lock Escalations)

假设下列情景:你更新散布在20万个数据页上的1百万条记录。在那个情况下,你需要在记录本身获得1百万个排它锁(X),在不同页上获得20万个意向排它锁(IX),在表本身上获得1个意向排它锁(IX),你的查询合计需要获得120001,在锁管理器需要近110M的锁空间——就只对这个简单查询。依据内存占用这个方法非常危险。因此你在一层一旦获得超过5000个锁,SQL Server就会触发锁升级(Lock Escalations)——例如在记录层。在那个情况下,SQL Server升级你个体细密度行锁为1个粗颗粒的表锁:

  • 个体X锁升级为1个表的X锁
  • 个人S锁升级为1个表的S锁

下图演示了锁升级发生前后的锁保持情况:

通过锁升级内存占用肯定会下降——但这也会影响你数据库的并发!在表上的排它锁(X)意味着没有其他人可以从你的表读写,在表层上的共享锁(S)意味着你的表是只读的,没有人可以写它!你数据库的吞吐量只会下降!

当你在1个层获得超过5000个锁,SQL Server就会触发锁升级。这是系统硬码限定,不同通过任何配置选项修改。自SQL Server 2008开始,你可以通过如下代码,控制通过ALTER TABLE DDL语句的锁升级:

1 ALTER TABLE MyTableName2 SET3 (4  LOCK_ESCALATION = TABLE -- or AUTO or DISABLE5 )6 GO

默认情况,SQL Server总是升级到表级别(Table选项)。如果你设置升级选项为AUTO,当你的表是分区的话,SQL Server可以升级到分区级别。但对这个选项,你要非常仔细,因为如果你用错误的顺序访问分区,它会导致死锁。使用DISABLE选项,对表你停用了锁升级——这会带来刚才提到的所有各个副作用(内存消耗)。现在的问题是,你如何高效修改或删除5000条记录而不触发锁升级?

  1. 逐步更新/删除少于5000条记录(例如在WHILE循环里)
  2. 如果表分区的话,使用分区交换
  3. 临时停用锁升级,但要注意同时的内存耗用

小结

锁升级(Lock Escalations)是SQL Server提供的安全保障。它们为什么存在有个好理由,但当升级发生时,这个会引入更少并发的副作用。因此当你在写一次处理超过5000条记录的代码时要非常仔细。或许你可以逐步处理这些记录,而不是用1个大的UPDATE/DELETE语句。如果你想了解更多锁升级信息,可以看下我以前写一篇文章《锁升级》。

下周我们继续SQL Server里的锁和阻塞,讲下死锁,还有SQL Server如何处理它们。请继续关注!