在今天的文章里我想談下SQL Server使用的更高級的，輕量級的同步對象：閂鎖（Latch）。閂鎖是SQL Server存儲引擎使用輕量級同步對象，用來保護(hù)多線程訪問內(nèi)存內(nèi)結(jié)構(gòu)。文章的第1部分我會介紹SQL Server里為什么需要閂鎖，在第2部分我會給你介紹各個閂鎖類型，還有你如何能對它們進(jìn)行故障排除。

為什么我們需要閂鎖？
閂鎖首次在SQL Server 7.0里引入，同時微軟首次引入了行級別鎖（row-level locking）。對于行級別鎖引入閂鎖的概念是非常重要的，不然的話在內(nèi)存中會出現(xiàn)丟失更新（Lost Updates）的現(xiàn)象。如我所說的，閂鎖是存儲引擎使用的輕量級同步對象，是SQL Server用來保護(hù)內(nèi)存結(jié)構(gòu)的。閂鎖只不過是類似于多線程編程里的所謂的臨界區(qū)（Critcal Section）概念。

在傳統(tǒng)并發(fā)編程里，臨界區(qū)是同時只能一個線程運(yùn)行的代碼。閂鎖本身是個臨界區(qū)的特殊版本，因?yàn)樗试S多個并發(fā)讀操作。在SQL Server的上下文里這意味著多個線程可以并發(fā)讀取一個共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如內(nèi)存中的頁，但是寫入共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須是單個線程進(jìn)行。

閂鎖是用來協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫里多個線程物理執(zhí)行，然而鎖是基于選擇的事務(wù)隔離級別，用來邏輯獲得需要的隔離級別。作為開發(fā)者或DBA的你，你可以用不同方式影響鎖——例如通過SQL Server里的隔離級別，或者通過各種可用鎖提示。另一方面閂鎖是不能以直接方式控制的。在SQL Server里沒有閂鎖提示，也沒有可用閂鎖隔離級別。下表是鎖和閂鎖之間的比較：

　　　　　　　　         鎖（Locks）　　　　　　　　　閂鎖（Latches）

控制……　　　　　       　事務(wù)　　　　　　　　　　　　　　線程
保護(hù)……　　　　          數(shù)據(jù)庫內(nèi)容　　　　　　　　　　內(nèi)存中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
模式……　　　　         共享的（Shared），　　　　　　保持（Keep），
　　　　　　　　         更新（Update），　　　　　　   共享的（Shared），

　　　　　　　　         排它的（Exclusive），　　　　　更新（Update），排它的（Exclusive），

　　　　　　　　         意向的（Intension）　　　　　　銷毀（Destroy）

死鎖……　          檢測并解決（detectionresolution）　　通過嚴(yán)謹(jǐn)代碼來避免
保持在……　　鎖管理器的哈希表（Hashtable）　　 保護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（Protected Data Structure）
從表里可以看到，閂鎖支持更細(xì)粒度保持（Keep）和銷毀（Destroy）模式。保持閂鎖主要用來引用計數(shù)，例如當(dāng)你想知道在指定閂鎖上有多少其它閂鎖在等待。銷毀閂鎖是最有限制的一個（它甚至?xí)枞３珠V鎖），當(dāng)閂鎖被銷毀時會用到，例如當(dāng)惰性寫入器（Lazy Writer）想要釋放內(nèi)存中的頁時。我們先介紹下各種閂鎖模式，然后說下各個閂鎖模式的兼容性。

NL（空閂鎖）：

                   內(nèi)部
                   未使用

KP（保持閂鎖）：

                   可以由多個任務(wù)同時持有
                   只被一個DT模式的閂鎖阻塞

SH（共享閂鎖）：

                  讀取數(shù)據(jù)頁的時候使用
                   可以由多個任務(wù)同事持有
                  阻塞EX模式和DT模式的閂鎖

UP（更新閂鎖）：

                  寫入系統(tǒng)分配頁面和tempdb的行版本化頁面時使用
                 一個這種模式的閂鎖只能被一個單獨(dú)的任務(wù)持有

EX（排它閂鎖）：

                   寫入數(shù)據(jù)頁的時候使用
                   一個這種模式的閂鎖只能被一個單獨(dú)的任務(wù)持有

DT（銷毀閂鎖）：

                  很少使用
                  一個這種模式的閂鎖只能被一個單獨(dú)的任務(wù)持有

在SQL Server里，一致性不能只用鎖來獲得。SQL Server還是可以訪問沒被鎖管理器保護(hù)的共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如頁頭。還有SQL Server基于閂鎖基礎(chǔ)的其他組件也是，有單線程代碼路徑。好了，我們繼續(xù)講解SQL Server里的各種閂鎖類型，還有如何對它們進(jìn)行故障排除。

閂鎖類型與故障排除
SQL Server區(qū)分3個不同閂鎖類別

                   IO閂鎖
                 緩沖區(qū)閂鎖（BUF）
                 非緩沖區(qū)閂鎖（Non-BUF）

我們來詳細(xì)看下這3個不同類別。當(dāng)在緩沖池的頁讀寫操作未完成——即當(dāng)你讀自/寫入你的存儲子系統(tǒng)時（2者未同步），SQL Server會使用IO閂鎖（I/O Latches）。對于這些I/O閂鎖，SQL Server在統(tǒng)計信息里以PAGEIOLATCH_為前綴出現(xiàn)。你可以在DMV sys.dm_os_wait_stats 查看下這些閂鎖類型的等待。

使用這些閂鎖，SQL Server保證那些頁不會并發(fā)多次讀入緩存池，那些頁也不會從緩存池忽略，在那些頁需要被查詢訪問的時候。

除這些I/O閂鎖外，SQL Server也支持所謂的緩存區(qū)閂鎖（Buffer Latches），它用來保護(hù)緩沖池里頁不會被并發(fā)運(yùn)行的線程影響。這些閂鎖，SQL Server使用它們來阻止內(nèi)存中的丟失更新（Lost Updates）。沒有這類閂鎖，在緩存池里會有并發(fā)的讀寫頁，它們會引發(fā)主內(nèi)存里頁的損壞。對于這些緩存閂鎖，SQL Server在統(tǒng)計信息里以PAGELATCH_為前綴出現(xiàn)。你可以在DMV sys.dm_os_wait_stats 查看下這些閂鎖類型的等待。這里最重要的是你涉及了主內(nèi)存的競爭，因?yàn)樗麄兊牡却愋兔Q里不包含IO字樣。

最后SQL Server內(nèi)部使用所謂的非緩存區(qū)閂鎖（Non-Buffer Latches）來保護(hù)除緩沖池外的共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對于這些非緩存閂鎖，SQL Server在統(tǒng)計信息里以LATCH_為前綴出現(xiàn)。你可以在DMV sys.dm_os_wait_stats 查看下這些閂鎖類型的等待。

但在這個DMV里這些對于非緩存區(qū)閂鎖的等待只是SQL Server內(nèi)部使用的各個閂鎖的概況信息，你可以在單獨(dú)的DMV sys.dm_os_latch_stats找到更詳細(xì)的信息。

SQL Server 2014內(nèi)部使用163個閂鎖來同步共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問。其中一個著名的閂鎖是FGCB_ADD_REMOVE，它用來保護(hù)文件組的文件組控制阻塞（ File Group Control Block （FGCB）），在以下特定操作期間：

        文件增長（手動或自動）
       增加/刪除文件組文件
       重新計算填充比重（Recalculating proportional fill weightings）
       在循環(huán)分配期間，通過文件組的文件回收。
當(dāng)你看到這個閂鎖排在前列是，你肯定有太多自動增長操作的問題，原因是你數(shù)據(jù)庫糟糕的默認(rèn)配置。當(dāng)查詢嘗試讀/寫保護(hù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)且需要等待一個閂鎖時，查詢就會進(jìn)入掛起狀態(tài)，直到閂鎖可以成功獲取。因此查詢經(jīng)過的整個查詢生命周期包括運(yùn)行（RUNNING），掛起（SUSPENDED），可運(yùn)行（RUNNABLE），最后再次運(yùn)行（RUNNING）。因此，當(dāng)查詢長時間把持閂鎖時，強(qiáng)制共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保護(hù)才有意義。那是因?yàn)楦淖儾樵儬顟B(tài)也意味著進(jìn)行Windows系統(tǒng)里的上下文切換，依據(jù)引入的CPU周期是個很昂貴的操作。

因此對于讀寫頻繁或極短時間內(nèi)的共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上放上閂鎖沒有意義。在這個情況下，需要的上下文切換會殺死SQL Server的整體性能，它需要花費(fèi)太多的時間來完成整個查詢生命周期（運(yùn)行（RUNNING），掛起（SUSPENDED），可運(yùn)行（RUNNABLE））。那就是是SQL Server引入的所謂自旋鎖(Spinlocks)。鎖管理器就是這樣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的好例子：當(dāng)鎖定或解鎖數(shù)據(jù)對象（例如記錄，頁等）時只需要單個線程訪問。但當(dāng)你查看sys.dm_os_latch_stats時，你會發(fā)現(xiàn)沒有閂鎖保護(hù)鎖管理器本身。鎖管理器使用的哈希表里對應(yīng)的哈希桶使用自旋鎖來保護(hù)——LOCK_HASH自旋鎖。通過鎖管理器執(zhí)行鎖定和解鎖操作前，必須獲得自旋鎖。

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