关系型数据库,如SQL Server,使用锁来避免多用户修改数据时的并发冲突。当一组数据被某个用户锁定时,除非第一个用户结束修改并释放锁,否则其他用户就无法修改该组数据。
有些数据库,包括SQL Server,用锁来避免用户检索未递交的修改记录。在这些系统中,如果用户A在修改一组记录,则其他用户只有等用户A修改完毕了,才能检索。
数据库在每个物理层上设置锁:记录行(rows),数据页(pages, 上百万记录行),扩展页(extends, 多个数据页),整个表,甚至整个数据库。有些数据库(如Oracle等)只使用精细的行锁机制,而别的数据库,则使用在页面,扩展页,表和数据库上的较大范围的锁机制。大多数数据库,包括SQL Server,同样支持行锁机制,但是经常使用的还是大范围锁机制。 这主要是因为管理锁需要付出高昂的代价。锁十分复杂而且数量很多,所以如果全都是 行锁的话,将是极为痛苦的:一百万行的数据更新就会轻易消耗巨大的内存,从而根本无法进行管理。
锁争用的描述
那些不仅仅使用行级锁的数据库使用一种称为混和锁(lock escalation)的技术来获取较高的性能。除非很明确知道是针对整个数据表,否则这些数据库的做法是开始使用行级锁, 然后随着修改的数据增多,开始使用大范围的锁机制。
不幸的是,这种混和锁的方法会产生和放大新的问题:死锁。如果两个用户以相反的顺序修改位于不同表的记录,而这两条记录虽然逻辑上不相关, 但是物理上是相邻的,操作就会先引发行锁,然后升级为页面锁。这样, 两个用户都需要对方锁定的东西,就造成了死锁。
例如:
用户A修改表A的一些记录,引发的页面锁不光锁定正在修改的记录,还会有很多其它记录也会被锁定。
用户B修改表B的一些记录,引发的页面锁锁定用户A和其它正在修改的数据。
用户A想修改用户B在表B中锁定(并不一定正在修改的)数据。
用户B想修改或者仅仅想访问用户A在表A中锁定(并不一定正在修改)的数据。
为了解决该问题,数据库会经常去检测是否有死锁存在,如果有,就把其中的一个事务撤销,好让另一个事务能顺利完成。一般来说,都是撤销 那个修改数据量少的事务,这样回滚的开销就比较少。使用行级锁的数据库 很少会有这个问题,因为两个用户同时修改同一条记录的可能性极小,而且由于极其偶然的修改数据的顺序而造成的锁也少。
而且,数据库使用锁超时来避免让用户等待时间过长。查询超时的引入也是为了同样目的。我们可以重新递交那些超时的查询,但是这只会造成数据库 的堵塞。如果经常发生超时,说明用户使用SQL Server的方式有问题。正常 情况是很少会发生超时的。
在服务器负载较高的运行环境下,使用混合锁的SQL Server锁机制,表现不会很好。 原因是锁争用(Lock Contention)。锁争用造成死锁和锁等待问题。在一个多用户系统中,很多用户会同时在修改数据库,还有更多的用户在同时访问数据库,随时会产生锁,用户 也争先恐后地获取锁以确保自己的操作的正确性,死锁频繁发生,这种情形下, 用户的心情可想而知。
确实,如果只有少量用户,SQL Server不会遇到多少麻烦。内部测试和发布的时候,由于用户较少, 也很难发现那些并发问题。但是当激发几百个并发,进行持续不断地INSERT,UPDATE,以及一些 DELETE操作时,如何观察是否有麻烦出现,那时候你就会不得不手忙脚乱地去阅读Oracle的文献。 不过我有一个解决办法,该方法只需要检查你的T-SQL代码,很少的调整和系统测试。用该方法教你进行适当的系统测试过程。
锁争用的解决方法
如果你在今年6月-8月之间访问Streamload.com,你可能会看到诸如“遇到死锁”,“锁超时”, “需要对象”等错误。这些错误都是由于锁争用引起的。在查阅大量文档和讨论后,我了解了这方面的知识,也就是上面所论述的内容,我再次叙述如下:
SQL Server开始是用行级锁的,但是经常会扩大为页面锁和表锁,最终造成死锁。
即使用户没有修改数据,SQL Server在SELECT的时候也会遇到锁。幸运的是,我们可以通过SQL Server 的两个关键字来手工处理:NOLOCK和ROWLOCK。
它们的使用方法如下:
SELECT COUNT(UserID)
FROM Users WITH (NOLOCK)
WHERE Username LIKE 'foobar'
和
UPDATE Users WITH (ROWLOCK)
SET Username = 'fred' WHERE Username = 'foobar'
NOLOCK的使用
NOLOCK可以忽略锁,直接从数据库读取数据。这意味着可以避开锁,从而提高性能和扩展性。但同时也意味着代码出错的可能性存在。你可能会读取到运行事务正在处理的无须验证的未递交数据。 这种风险可以量化。
如果是金融方面的代码或者一些非常规的总计(你想绝对保证安全性),你应该小心行事并且不使用这种技术。 但是我认为使用该技术会比你90%应用系统性能要好,当用户(或者是交互代码)发现一个未递交的修改时,使用技术会保证不会像未使用该技术那样引起大麻烦。实际上,你可能发现你的大多数数据很少或者甚至不进行 修改的,这样我们就不会因为这些数据被锁住而浪费大量的时间。
例如,如果你想统计在2000年6月份到8月份之间加入Streamload.com的所有用户,就没有理由去锁住任何记录: 2000年9月1号一到来,这个用户数就是确定的。又例如要列举在Streamload.com的文件列表:这种结果即使 不是100%的正确,也不是大问题。因为你要么不拥有该文件,当然也无所谓你是否能找到它,或者你确实拥有该文件,这种情况下你当然知道你是否修改了该文件,以及该文件是否已经上传完毕了。
但是,如果这些数据的修改,对数据库来说是基础性的修改,或者这些数据对于用户来说,必须是百分之百保证 是修改正确的(例如帐单或者余额数据),那么你不要使用该技术。
ROWLOCK的使用
ROWLOCK告诉SQL Server只使用行级锁。ROWLOCK语法可以使用在SELECT,UPDATE和DELETE语句中,不过 我习惯仅仅在UPDATE和DELETE语句中使用。如果在UPDATE语句中有指定的主键,那么就总是会引发行级锁的。但是当SQL Server对几个这种UPDATE进行批处理时,某些数据正好在同一个页面(page),这种情况在当前情况下 是很有可能发生的,这就象在一个目录中,创建文件需要较长的时间,而同时你又在更新这些文件。当页面锁引发后,事情就开始变得糟糕了。而如果在UPDATE或者DELETE时,没有指定主键,数据库当然认为很多数据会收到影响,那样 就会直接引发页面锁,事情同样变得糟糕。
通过指定使用行级锁,这种情况可以得到避免。但是需要小心的是,如果你错误地使用在过多行上,数据库并不会聪明到自动将行级锁升级到页面锁,服务器也会因为行级锁的开销而消耗大量的内存和CPU,直至无法响应。尤其主要留意的是 企业管理器中"管理/当前活动"(Management/Current Activity)这一项。该项会花较长的时间来载入锁的信息。这些信息 时十分有用的,当你使用行级锁后,你如果在"锁/处理"(Locks/Processes)下看到几百个锁,一点都不奇怪,而恰恰应该庆幸锁超时和死锁的问题减少了。
注意事项
我认为SQL Server倾向于使用NOLOCK关键字,而ROWLOCK关键字由用户根据情况自行决定。你可以仅仅在 SELECT语句中使用NOLOCK,这些SELECT语句场合包括INNER查询,以及在INSERT语句中的SELECT使用,在连接查询下也可以使用,例如:
SELECT COUNT(Users.UserID)
FROM Users WITH (NOLOCK)
JOIN UsersInUserGroups WITH (NOLOCK) ON
Users.UserID = UsersInUserGroups.UserID
NOLOCK 和 ROWLOCK的使用效果
很难去量化在使用NOLOCK和ROWLOCK后,Streamload.com或者你的网站性能到底改善了多少。 不过在使用NOLOCK和ROWLOCK前,Streamload.com的速度很慢,而且经常无法使用,以及很不稳定。使用后,就变得快速、容易访问以及稳定了。两者简直就是天壤之别。这些改变当然无法在 关于锁的文档中很难找到。那些文档会建议你重写你的应用,当表数据被使用,锁产生了(没错,就是这样),然后你应该使用小事务并且以批处理的形式执行(不错,实际经验就是如此),使用低级别的隔离措施 (也没错,NOLOCK就是一个极端的例子),还建议你有限的连接,从而让处理器进行合作(好复杂的描述,而且总觉得怪怪的不像个好点子)。我不知道是否用数据库咨询师会提到本文中的技术(或类似的技术), 但是我只想说的是,Streamload.com的运行状况的确因为该技术得到了改善。如果你遇到了锁争用的问题,也可以试试NOLOCK和ROWLOCK。
申明
是否使用NOLOCK和ROWLOCK,需要自行判断,并谨慎运用。我用该技术的方法是通过查看我的存储过程和即时查询语句,在我自己的理解上来觉得哪里用和如何用。我需要判断如果用NOLOCK 而引起一些返回的不准确,或者ROWLOCK是否会造成太多的锁,这些情况出现时,对于访问者或者使用者来说,是否是可以接受的。在大多数情况下,我认为是没有问题的,但是也许你的代码不适用, 你需要小心对待。你需要创建一些独立的过程,是否加锁,如何加锁,以作为对比。当UPDATE或者 DELETE查询影响到很多数据行时,你在使用PAGELOCK,TABLOCK时也会遇到别的问题。