并发控制MsSql
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了并发控制MsSql相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
而在MSSQL中,也是通过锁和MVCC的行版本来实现并发控制。
每个事务中,锁的类型、级别、加锁、释放的情况,由事务的隔离级别控制,在MSSQL中,有6个隔离级别,不同的隔离级别对锁的应用不一样。而这两个隔离级别中,有2个应用 MVCC的机制,也就是 快照类的隔离级别:Read Commmitted Snapshot 跟 Snapshot。
1 并发控制理论
在MSSQL中,经常用到的并发控制理论是 悲观并发控制跟乐观并发控制。
1.1 悲观并发控制
悲观并发,默认在事务操作过程中,一定会有其他事务跟它争夺资源,所以在事务操作过程中,会根据不同的情况对数据添加锁,避免操作期间其他事务对该数据的修改或读取,保证数据的一致性。
悲观并发控制,由于纳入了锁机制,很大程度会影响到并发规模。主要应用于数据频繁修改、并且回滚事务的成本要大于锁数据的成本 的系统中。
1.2 乐观并发控制
乐观控制,默认事务在读取数据的时候,其他事务并没有在操作这些数据,所以不会加锁,直接修改数据,修改后查看读取数据期间是否有其他用户也修改了数据,如果有,则回滚本身的修改事务。
乐观并发控制,应用于数据修改不频繁、并且 回滚事务成本要小于锁数据成本 的系统中。
2 隔离级别
在每一个事务中,都指定了一个隔离级别,该隔离级别定义了这个事务跟其他事务之间的隔离程度。
在MSSQL中,有6种隔离级别,4个常规隔离级别跟2个快照隔离级别:Read UnCommitted、Read Committed、Read Commmitted (行版本)、Read Repeattable、Snapshot跟Read Serializeble。Read Commmitted (行版本)跟Snapshot 可能接触情况比较少,不过仍会说明。
在MySQL中,默认的隔离级别是RR,而在SQL SERVER中,默认的隔离级别是RC,读已提交。
2.1 隔离级别说明
如何设置整个数据库的默认隔离级别?
数据不一致的说明详见之前博文:http://www.cnblogs.com/xinysu/p/7260227.html 中的第四章:数据不一致情况。
下文中说S锁,并不是全部加锁过程(MSSQL中还是IS锁的申请)。
- Read UnCommitted
- 简称 RU,读未提交记录,始终是读最新记录
- 可能存在脏读、不可重复读、幻读等问题
- 读的过程不加S锁,等同于 SELECT * FROM tbname with(nolock)
- Read Committed
- 简称 RC ,读已提交记录
- 可能存在不可重复读、幻读等问题
- 读的过程加 S锁,无论事务是否结束,SELECT 语句一旦结束,立马释放S锁,不会等到事务结束才释放锁,遵循的是 Strict 2-PL
- Read Commmitted (行版本)
- 简称 RCSI
- 应用MVCC原理,版本读,读已提交记录,但是读取到的不一定是最新的记录
- 同个事务中,读取数据都是同一个版本
- 不存在脏读、不可重复读问题,可能存在幻读问题
- 行版本控制隔离级别 中的版本数据,不存在与数据库本身,而是存在 tempdb ,下文会详细描述这一隔离级别
- Read Repeattable
- 简称 RR ,可重复读记录
- 可能存在幻读等问题
- 读的过程加S锁,直到事务结束,才释放S锁,遵循的是 Stong Strict 2-PL
- Snapshot
- 简称 SI
- 下文会详细描述这一隔离级别
- Read Serializeble
- 简称 RS,序列化读记录
- 不存在 脏读、不可重复读、幻读等问题
- 读的过程中除了添加S锁,还添加范围锁;修改数据的过程中,除了添加 X 锁,也会添加范围锁,避免在符合条件的数据在操作过程中,有其他符合条件的数据INSERT进来
- 并发度最差,除非明确业务需求及性能影响才使用,曾经遇到过某个短信业务的框架默认使用这个隔离级别,上线后爆发死锁上K个,马上分析紧急修复....
2.2 Read Commmitted Snapshot Isolation 与 Snapshot Isolation
Read Commmitted Snapshot Isolation 使用行版本控制语句级的快照,在事务中当数据发生修改或者删除时,调用写入复制机制,保证写入的行数据的旧版本满足事务操作前的一致性。 RCSI 保证的是语句级的 读一致性。
Snapshot Isolation 使用行版本控制事务级的快照,当事务开始的时候,调用写入复制机制。 SI 保证的是事务级 的读取一致性。
如何管理行版本信息呢?
两者的行版本的信息均存储在tempdb数据库内,并非存储在本身的数据库,这就要求tempdb要有足够的空间存储版本信息,如果tempdb空间不足,则行版本写入失败,造成该隔离级别无法正常使用。
存储引擎对使用 RCSI 或者 SI 隔离级别的事务,在 SI事务开始的时候,分配一个事务序列号 XLN,每次分配递增1,以此实现事务级的一致性,这里注意 RCSI的 事务序列号 并不是一个事务一个序列号,而是事务内每条SQL一个事务序列号,以此来实现语句级别的快照。这两个隔离级别下,需要维护所有执行过数据修改的逻辑副本(即行版本),这些逻辑副本存储在tempdb内,每个逻辑副本(行版本)都有标记本次的事务的事务序列号XLN。即 最新的行值存储在当前的数据库中,而历史行版本信息包括最新版本,存储在tempdb中。这里注意一下,事务内的修改数据写行版本信息的时候,先写入到缓存池中,在刷新到tempdb文件,避免性能造成太大的影响。
这个时候,可能会问?那岂不是tempdb要存储非常多的历史版本数据,有没有删除机制呢?
这个是有的,一方面,行版本信息不会即时删除,因为要保证基于行版本控制隔离级别下运行的事务要求,保证并行的事务如果正在使用tempdb的行版本信息 不会受到影响。另一方面,数据库的存储引擎 会跟踪最早可用的事务序列号,然后定期删除比序列号更小的 XLN的所有行版本。
如何读取行版本信息呢?
两个快照隔离级别下的 的事务读数据的时候,不会获取正在读取数据上的共享锁,因此不会堵塞正在修改的事务,由于减少了锁的申请及数量,可以提供其DB并发能力。不过会获取所在表格的架构锁,如果表格正在发现架构修改(如列增加修改等),则会被堵塞。
如何读取合适的行版本,RCSI 跟 SI 之间是有区别的。
RCSI:每次启动语句时,提交所有数据,同时读取tempdb中的最新事务序列,这使 RCSI 下事务内的每个语句 都可以查看每个语句启动时存在的最新数据的快照,也就是 事务内多个SQL查询间隙中有其他事务修改了数据,那么同个事务的多次相同SQL查询结果就会出现不一致的情况。
SI:每次启动事务时,提交所有数据,读取 最接近但低于 本身的 快照事务序列号,也就是 事务内的多个SQL 查询,读到的数据都是同一个版本,即使多次查询间隙有其他事务修改数据,读到的结果也是一致的。
如何修改行版本信息呢 ?
在使用 RCSI 事务中,使用阻塞性扫描(其中读取数据值时将在数据行上采用更新锁(U 锁)完成选择要更新的行,满足条件的行记录将升级更新锁到排它锁,注意,这里扫描的不是tempdb里边的行版本信息,而是实际数据库里边的最新行记录,修改数据的机制跟 RC 相同。 如果数据行不符合更新条件,则在该行上将释放更新锁,同时锁定下一行并对其进行扫描。持有锁之后,则进行数据更新,事务结束后,释放锁。
在使用 SI 事务中,对数据修改采用乐观方法:使用行版本的数据,进行数据修改,直到数据修改完成是,才获取实际数据上的锁, 当数据行符合更新标准时,则提交修改的数据行。 如果数据行已在快照事务以外修改,则将出现更新冲突,同时快照事务也将终止。 更新冲突由数据库引擎处理,无法禁用更新冲突检测。
从简单的SQL来分析,WHERE条件均为主键(仅为个人测试推测):
- 同个事务,多次 SELECT * FROM tbname WHERE id=2
- RCSI,在同个事务中,每个SQL启动的时候,提交数据到tempdb表格(个人推测,应该是会分配一个类似hash字符串之类的,如果同个事务中的多次查询结果一致,应该不用在每个SQL开始的时候,重复提交行版本到tempdb),从tempdb中读取最新版本信息,如果tempdb没有版本信息,则从 数据库中读取,并把读取到的记录存储在 tempdb。会存在同个事务中,多次读取数据结果不一致的情况。
- SI,在同个事务中,同个事务内的相同SQL 从tempdb中读取距离当前事务最新的版本,整个事务内部的SQL都是用这个版本数据,如果tempdb没有版本信息,则从 数据库中读取,并把读取到的记录存储在 tempdb。同个事务中,不会存在 多次读取数据结果不一致的情况。
- UPDATE tbname SET colname=\'xinysu\' WHERE id=18
- RCSI,直接读取数据库中的数据,根据主键加上X锁,更新数据,这个操作跟 RC 隔离级别是一样的。
- SI,读取 行版本 数据,在行版本上选择需要更新的行,修改成功后把数据 修改到实际的数据库中去,如果 实际数据库中的数据在这段操作期间已被其他事务修改了数值,则会出现更新冲突,该事务将报错停止。即,SI 在 UPDATE 的时候,有更新冲突检测。
- 为啥要先在行版本上更新,最后在更新到实际数据上?
- 假设一个UPDATE运行需要3s,但是只更新了1条行记录,如果直接在实际数据上更新,则需要锁定扫描记录3s,最后更新,中间会堵塞到其他事务对该数据的查询,但是如果在行版本上更新,则不需要锁住 实际数据,最后更新1行记录的时候,非常快,避免长时间的堵塞,提高并发能力。
属性
|
使用行版本控制的已提交读隔离级别
|
快照隔离级别
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数据库级选项启动
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READ_COMMITTED_SNAPSHOT
|
ALLOW_SNAPSHOT_ISOLATION
|
事务设置
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使用默认的已提交读隔离级别,或运行 SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL 语句来指定 READ COMMITTED 隔离级别
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SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL 来在事务启动前指定 SNAPSHOT 隔离级别
|
行版本处理
|
在每条语句启动前提交的所有数据。
|
在每个事务启动前提交的所有数据。
|
更新处理
|
从行版本恢复到实际的数据,以选择要更新的行并使用选择的数据行上的更新锁。 获取要修改的实际数据行上的排他锁。 没有更新冲突检测。
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使用行版本选择要更新的行。 尝试获取要修改的实际数据行上的排他锁,如果数据已被其他事务修改,则出现更新冲突,同时快照事务也将终止。
|
更新冲突检测
|
无
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集成支持。 无法禁用。
|
3 隔离级别测试
查看当前会话的数据库隔离级别:DBCC USEROPTIONS ,查看[set options] = \'isolation level\',即可查看当前事务的隔离级别。
数据不一致的说明详见之前博文:http://www.cnblogs.com/xinysu/p/7260227.html 中的第四章:数据不一致情况。
2-PL锁申请释放的说明详见之前博文:http://www.cnblogs.com/xinysu/p/7260227.html 中的第3章:数据不一致情况。
设置数据库隔离级别:
- RU,事务开始的时候,设置 SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED
- RC,事务开始的时候,设置 SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED
- RCSI,整个数据库级设置 READ_COMMITTED_SNAPSHOT 为ON,注意,设置的这个的时候需要获取数据库的独占权,也就是当前不允许有用户线程连接数据库,否者这个设置SQL会一直处于堵塞情况。如果当前数据库的默认隔离级别是 RC,则设置后,默认为RCSI,否者,需要在事务开始的时候,设置 SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED
- 数据库设置:当前数据库下,执行 ALTER DATABASE dbname SET READ_COMMITTED_SNAPSHOT ON
- 事务设置:SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED
- RR,事务开始的时候,设置 SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
- RS,事务开始的时候,设置 SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE
- SI,整个数据库级设置 ALLOW_SNAPSHOT_ISOLATION 为ON,同时设置事务的隔离级别为 SNAPSHOT。注意,这里的 ALLOW_SNAPSHOT_ISOLATION 设置也是需要获取数据的独占锁。
- 数据库设置:当前数据库下,执行 ALTER DATABASE dbname SET ALLOW_SNAPSHOT_ISOLATION ON
- 事务设置:SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SNAPSHOT;
测试过程中,分为3个表格:无索引、有索引、有唯一索引。
CREATE TABLE tb_no_index ( id int primary key not null identity(1,1), age int not null, name varchar(100) ); CREATE TABLE tb_index ( id int primary key not null identity(1,1), age int not null, name varchar(100) ); CREATE TABLE tb_unique_index ( id int primary key not null identity(1,1), age int not null,name varchar(100) ); CREATE INDEX IX_age ON tb_index(age) CREATE INDEX IX_unique_age ON tb_index(age) INSERT INTO tb_no_index(age) values(2),(9),(21),(4),(7),(25); INSERT INTO tb_index(age) values(2),(9),(21),(4),(7),(25); INSERT INTO tb_unique_index(age) values(2),(9),(21),(4),(7),(25);
3.1 Read Uncommitted
- 数据不一致情况测试截图
- RU测试结论
- 在RU隔离级别下
- 不会出现更新丢失情况(锁机制),但是会出现 脏读、不可重复读及幻读的情况。
- 读不加行锁,可以读未提交数据
3.2 Read Committed
- 数据不一致情况测试截图
- 读情况测试
- RC测试结论
- 在RC隔离级别下
- 不会出现更新丢失情况(锁机制)、脏读现象,但是会出现 不可重复读及幻读的情况
- 读需要申请锁,故不会出现脏读情况
- 遵循 强2-PL模式,事务内的读锁读完即刻释放,写锁等到事务提交的时候才释放。
3.3 Read Commit Snapshot Isolation
- 测试环境设置
- 实现设置数据库隔离级别为:
- 检查当前会话的默认隔离级别:
- 数据不一致情况测试截图
- 更新冲突测试
- RCSI 测试结论
- 读不加锁,但申请表格的架构锁,读行版本数据
- 不存在丢失更新、脏读情况,但是存在不可重复读及幻读情况
- 没有更新冲突检测,RCSI跟RC的更新处理方式一样
3.4 Read Reaptable
- 数据不一致情况测试截图
- RR测试结论
- 读加S锁,事务结束后才释放S锁
- 不存在丢失更新、脏读及不可重复读情况,但是存在幻读情况
3.5 Read Serializable
- 数据不一致情况测试截图
- RS 测试结论
- 读加S锁,事务结束后才释放S锁
- 增加了范围锁
- 不存在丢失更新、脏读、不可重复读、幻读情况
- 并发能力最差
3.6 Snapshot Isolation
- 数据不一致情况测试截图
- 更新冲突测试
- SI 测试结论
- 不存在 丢失更新、脏读、幻读等数据不一致情况
- 读不加锁,为读行版本数据
- 具有冲突监测,无法禁用,如果使用这个隔离级别,程序要做更新冲突的回滚处理
4 总结
隔离级别
|
说明
|
脏读
|
不可重复读
|
幻影
|
并发控制模型
|
Read UnCommitted
|
未提交读
|
YES
|
YES
|
YES
|
悲观
|
Read Committed
|
已提交读
|
NO
|
YES
|
YES
|
悲观
|
Read Commmitted (行版本)
|
已提交读(快照)
|
NO
|
YES
|
YES
|
乐观
|
Read Repeattable
|
可重复读
|
NO
|
NO
|
YES
|
悲观
|
Snapshot
|
快照
|
NO
|
NO
|
NO
|
乐观
|
Read Serializeble
|
可串行化
|
NO
|
NO
|
NO
|
悲观
|
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分类: SQL SERVER