SQL Server 阻塞分析

時間 2019-11-11

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1、加鎖（locking）、阻塞（blocking）、死鎖（deadlock）定義

加鎖：用於管理多個鏈接的進程。當鏈接須要訪問一塊數據時，在這些數據上放置某種類型的鎖。

阻塞：指一個鏈接須要訪問一塊數據時，必須等待另外一個鏈接的鎖解除。

死鎖：指兩個鏈接造成被稱爲"僵局"的形式，它們互相等待對方的鎖解除。

在 SQL Server 中，每一個鏈接均可以看做是一個單獨的會話。

2、數據庫鎖

一、鎖粒度

爲了改善併發性，SQL Server 實現以下資源級別上的鎖粒度：

行（RID）
關鍵字（KEY）
頁面（PAG）
區（EXT）
堆或 B 樹（HoBT）
表（TAB）
數據庫（DB）

（1）行級鎖

該鎖是在一個表的單獨行上維護，是數據庫表上最低級別的鎖。當查詢表中的一行數據時，查詢被授予該行的 RID 鎖。

由於阻塞被限制在所影響的行，全部行級鎖提供了很高的並行性。

（2）鍵級鎖

這是索引中的行級鎖，被標識爲一個關鍵字（KEY）鎖。

對於具備彙集索引的表，表的數據頁面和彙集索引的葉子頁面相同。由於表和彙集索引的行相同，從表（或彙集索引）中訪問行時，在該彙集索引行或有限範圍的行中只能得到一個關鍵字鎖。

該鎖是針對有彙集索引的表，與行級鎖類型，也有很高的併發性。

（3）頁級鎖

這種鎖在表或索引的單一頁面中維護，被標識爲 PAG 鎖。當查詢請求一個頁面中的多行時，請求的全部行的一致性能夠經過得到單獨行上的 RID/KEY 鎖或整個頁面上的一個 PAG 鎖來維護。在查詢計劃中，鎖管理器肯定得到多個 RID/KEY 鎖的資源壓力，若果壓力比較大，鎖管理器請求一個 PAG 鎖來代替。

頁級鎖減小了鎖的開銷，增進了查詢的性能，但它阻塞了該頁面上全部行的訪問從而損害了數據庫的併發性。

（4）區級鎖

這種鎖在區（一組連續 8 個數據或索引頁面）上維護而且標識爲 EXT 鎖。

如，這種鎖用於在一個表上執行 ALTER INDEX REBUILD 命令，而且該表從現有的區移動到新的區時。在這期間，區的完整性用 EXT 鎖來保護。

（5）堆或 B- 樹鎖

堆或 B- 樹鎖用於描述這兩種對象（堆和 B- 樹）被加鎖的狀況。這意味在一個無序的堆、沒有彙集索引的表上的鎖，或者一個 B- 樹對象上的鎖，一般指分區上的鎖。由於分區被跨多個文件組存儲，每一個都有本身的數據分配定義。它的操做相似於表級鎖，可是是在分區而不是表上進行。

（6）表級別

這是表上最高級別的鎖。在一個表上的表級鎖保留了對整個表及其全部索引的訪問。

在執行一個查詢時，鎖管理器若果肯定獲取行級鎖或是頁級鎖的資源壓力較高，這時會直接爲查詢獲取一個表級鎖。

（7）數據庫級鎖

當應用程序創建一個數據庫鏈接時，鎖管理器分配一個數據庫共享鎖給對應的 SPID。這阻止用戶意外地在其餘用戶鏈接時卸掉或者恢復數據庫。

鎖級別不須要由用戶或數據庫管理員指定，鎖管理器會自動肯定。在訪問少許行時，它通常首先行級鎖和鍵級鎖以提升併發性。若多個行級鎖的開銷變得很高時，鎖管理器會自動選擇合適的較高級別的鎖。

二、鎖模式

根據所請求的類型，SQL Server 在鎖定資源時使用不一樣的鎖模式，下面是注意的三種模式：

共享（S）
更新（U）
排他（X）

（1）共享（S）模式

共享模式只用於只讀查詢。它不會阻止其餘只讀查詢同時訪問數據，由於查詢不會破壞數據完整性。可是會阻止數據上的併發修改。

S 鎖在數據上維持直到數據讀出。默認狀況下，SELECT 語句獲取的 S 鎖在數據讀出以後會當即釋放。

（2）更新（U）模式

U 鎖與 S 鎖不一樣，U 鎖目的在於修改，所以爲了維護數據完整性，在數據上不容許超過一個 U 鎖。U 鎖與 UPDATE 語句有關。

UPDATE 操做實際上有兩個中間步驟：

讀取須要修改的數據（加 U 鎖）；
修改數據（加 X 鎖）。

在這兩個步驟中，會使用不一樣的鎖模式以最大化併發性。第一步驟中，獲取數據上一個 U 鎖，第二步，U 鎖被轉換爲一個 X 排他鎖以進行修改。若不須要修改，U 鎖會被釋放，也就是說它不會被保存到事務結束。

既然爲了提升併發性，爲何第一步獲取的是 U 鎖，而不是 S 鎖？

這裏說說第一步中用 S 鎖代替 U 鎖的缺點。

如有兩個鏈接同時執行一個事務，事務中是對同一條數據進行更新。兩個事務先都使用 S 鎖讀取須要修改的數據，而後在請求一個 X 鎖進行修改。當第一個事務試圖將 S 鎖轉換爲 X 鎖時，它被第二個事務保持的 S 鎖阻塞。一樣如此，第二個事務試圖將 S 鎖轉換爲 X 鎖時，也會被第一個事務的 S 鎖阻塞。這樣致使循環阻塞，也就發送了死鎖。

爲了不這種狀況，UPDATE 語句在第一個中間階段使用 U 鎖代替 S 鎖。U 鎖不容許在相同的資源上使用另外一個 U 鎖，這樣強制第二個併發的 UPDATE 語句必須等待第一個 UPDATE 語句完成才執行。

（3）排他（X）模式

X 鎖提供用於數據操做查詢，如 INSERT、UPDATE 和 DELETE 在數據庫資源上修改的排他能力。它阻止其餘事務訪問修改之下的資源。INSERT 和 DELETE 在執行開始獲取 X 鎖， UPDATE 語句在被修改的數據讀出以後轉換爲 X 鎖。在事務中授予的 X 鎖會保持到事務結束。

X 鎖有兩個目的：

阻止其餘事務訪問修改之下的資源，這樣他們能夠看到修改以前或以後的值，但不能是正在修改的值；
在須要時容許事務修改資源以安全地回滾到修改以前的原始值，由於沒有其餘事務被容許同時修改資源。

三種之間的區別和聯繫：

S 鎖和 U 鎖執行期很短，默認狀況下在讀出數據後會當即釋放；

U 鎖和 X 鎖具備獨佔能力；

X 鎖執行期是在整個事務階段。

SELECT 使用 S 鎖；INSERT 和 DELETE 使用 X 鎖；UPDATE 使用兩階段鎖，讀取階段爲 U 鎖，修改階段爲 X 鎖。

使用 UPDATE 更新某一數據時，在掃描階段先對數據使用 U 鎖，若不知足當即退出，知足條件才轉換爲 X 鎖進入修改階段。

思考：爲何 UPDATE 使用兩階段鎖，而 DELETE 直接使用 X 鎖？

3、隔離級別（ISOLATION）

SQL Server 有這幾種隔離級別：

未提交讀（READ UNCOMMITTED）
已提交讀（READ COMMITTED）
可重複讀（REPEATABLE READ）
可序列化（SERIALIZABLE）

其餘兩種隔離級別提供行版本控制（row versioning）。這種行的額外版本容許讀查詢訪問數據而不須要獲取鎖：

已提交讀快照（已提交讀隔離的一部分）
快照

（1）未提交讀

未提交讀是隔離級別中最低級的。它容許 SELECT 語句讀取數據而不須要請求 S 鎖，這樣它就不會被 X 阻塞，也不會阻塞 X 鎖。這樣就容許 SELECT 語句讀取正在修改（包括新增和刪除）的數據。這種讀出數據的方式被稱爲髒讀。

有兩種方式來設置：

使用 SET 語句配置數據庫鏈接的隔離級別：

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED

使用 NOLOCK 鎖提示在查詢上設置隔離級別：

SELECT * FROM Products WITH (NOLOCK);

注：髒讀可能形成不可預知的狀況。由於讀取數據時沒加鎖，索引可能分離，這致使查詢返回的數據中多出或丟失行。

（2）已提交讀

已提交讀可避免出現髒讀的狀況，這意味着該隔離級別指示 SELECT 語句會請求 S 鎖。這也是數據庫的默認隔離級別。

可是，S 鎖不會被保留到事務結束，這樣可能形成 不可重複讀 或幻讀的問題。

能夠經過開啓數據庫選項 READ_COMMITTED_SNAPSHOT 來啓用已提交讀隔離級別。當看起這選項時，數據操做事務會使用行版本控制。這會給 tempdb 帶來額外的負載，在事務未提交時被修改的行的前一個版本將保存在該數據庫裏。這使得其餘事務能夠讀訪問數據而不須要在數據上加鎖，可能會改善查詢的速度和效率（由於查詢數據不須要加 S 鎖）。

（3）可重複讀

可重複讀隔離級別使得一條 SELECT 語句保持它的 S 鎖直到事務結束，這樣阻止了其餘事務在這段時間內修改該數據。

可重複讀，某事務在執行期間可反覆讀取未被其餘事務修改的數據的能力。

S 鎖容許數據獲取 U 鎖，可是會阻止 U 鎖轉換爲 X 鎖。這樣會有一種現象發生：

A 事務查詢某數據，B 事務修改該數據。先執行 A 事務，在 A 事務結束以前執行 B 事務，該數據在 A 事務中加了 S 鎖，在 B 事務中加了 U 鎖。此時 B 事務 UPDATE 要修改數據，要轉換爲 X 鎖，這時 A 事務還未退出，阻止 B 事務中數據由 U 鎖轉換爲 X 鎖。事務 A 稍後更數據，試圖獲取 U 鎖，這樣就進入死循環。

解決方法：在執行 SELECT 語句時使用 UPDLOCK 鎖提示請求一個 U 鎖，如：

SELECT * FROM Products WITH (UPDLOCK);

（4）可序列化

這是這幾張隔離級別中最高的隔離級別。可序列化不只在訪問的行上獲取一個鎖，並且還獲取在按照請求的數據級順序的下一行上的範圍鎖。這阻止了在第一個事務所操做的數據中的週期另外一事務增長行，避免第一個事務在其訪問內的數據集查找新建的行。也就避免了幻讀（在事務內的數據集中查找新的行）。

可序列化隔離級別不只和可重複讀隔離級別同樣保留 S 鎖直到事務結束，並且還經過保持範圍鎖阻止數據集（或更多）中新建行。這可能很大的損害了數據庫並行性，全部應該避免該隔離級別。

（5）快照（Snapshot）

快照隔離級別試圖在打算修改的數據上使用一個排他鎖。若數據已加鎖，快照事務將失敗。它提供了事務級讀一致性。

數據庫隔離級別：