SQL Server里的闩锁耦合（Latch Coupling）

xiaowei8782088

　　几年前，我写了篇关于闩锁和为什么SQL Server需要它们的文章。在今天的文章里，我想进一步谈下非缓存区闩锁（Non-Buffer Latches），还有在索引查找操作期间，SQL Server如何使用它们。在这里你会学到称为闩锁耦合（Latch Coupling）的概念。

索引查找操作（Index Seek Operations）
　　正如你知道的，SQL Server使用扫描（Scan）和查找（Seek）操作在索引（聚集和非聚集索引）里访问数据。这里的查找操作使用B树的导航结构在叶子节点查找特定的记录。下图展示了这个概念。
　　
　　在这个例子里，SQL Server读取索引根页，在层级下的索引页，最后在叶子级别读取数据页。每次SQL Server在缓存池里访问这个页，这个页需要获得共享闩锁（Shared Latch）。共享闩锁是至关重要的，因为在内存里，它让当下处理的页只读：

• 每个排它闩锁（Exclusive Latch）和共享闩锁不兼容。
  

　　因此请求一个排它闩锁会阻塞，SQL Server会提示你有个PAGELATCH_EX等待类型。
　　现在我们来看下在查找操作期间，在索引页上，SQL Server如何获取和释放这些闩锁。下列代码展示了对于一个特定的会话ID，可以捕获latch_acquired和latch_released事件的扩展事件会话（根据实际情况修改会话ID）。



CREATE EVENT SESSION LatchTracking ON SERVER
ADD EVENT sqlserver.latch_acquired
(
ACTION
(
sqlserver.database_id,
sqlserver.session_id,
sqlserver.sql_text
)
WHERE
(
[package0].[equal_uint64]([sqlserver].[session_id],(54)) AND [class]=(28))
),
ADD EVENT sqlserver.latch_released
(
ACTION
(
sqlserver.database_id,sqlserver.session_id,sqlserver.sql_text
)
WHERE
(
[package0].[equal_uint64]([sqlserver].[session_id],(54)) AND [class]=(28))
)
ADD TARGET package0.event_file
(
SET filename=N'c:\temp\LatchTracking.xel'
)
WITH
(
MAX_MEMORY = 4096 KB,
EVENT_RETENTION_MODE = ALLOW_SINGLE_EVENT_LOSS,
MAX_DISPATCH_LATENCY = 30 SECONDS,
MAX_EVENT_SIZE = 0 KB,
MEMORY_PARTITION_MODE = NONE,
TRACK_CAUSALITY = OFF,
STARTUP_STATE = OFF
)
GO
　　注意：在“class”属性上的筛选谓语限制了缓存闩锁。它们的内部ID是28。是的，扩展事件是自表述的……
　　下一步，我现在用一个表来进行聚集索引查找操作，在那个表上我已经创建了聚集索引，在导航层级里包含三层（包含叶子层）。

闩锁耦合实战（Latch Coupling in Action）

　　扩展事件会话向你展示了，在聚集索引查找操作期间，对于整个会话需要那个缓存闩锁（只要你修改的会话ID是正确的……）。当你查看输出时，你会看到我们已经捕获了6个事件：3个latch_acquired事件, 和3个latch_released事件。
　　
　　但更有意思的事是SQL Server获得和释放这些闩锁的顺序。一般你期望SQL Server在页上获得闩锁，并最后释放这个闩锁。但事实并非如此！
　　我们来详细看下。首先SQL 在索引根页（975号页）上获得了一个共享闩锁。在SQL Server处理那个页后，聚集索引查找操作在接下来的层级里，继续读取请求的页，并在它上面获取闩锁（257号页）。
　　注意在索引根页上获得的闩锁还没有释放，它还保持获取！
　　当在接下来的索引页上成功获取闩锁后，在索引根页上的闩锁才会释放。这个方法称为闩锁耦合（Latch Coupling）。这个必须的，因为SQL Server在B树结构里，跟随从一个页到另一个页的指针。
　　在页处理期间，这个指针必须保持稳定。例如，在此期间不允许被另一个工作者线程（例如分页操作）将此指针无效。因此SQL Server在（单线程）索引查找操作期间，同时把持2个闩锁。下面这个图片很好的演示了这个重要概念。
　　
　　当SQL Server在下层的页（页号257）上成功获取共享闩锁后，在索引根页（页号975）上的共享闩锁被释放。当SQL Server在中间层处理了这个页后，SQL Server在叶子层级的数据页（页号256）上获得共享闩锁，然后并在上层的页（页号257）上释放共享闩锁。当这个页成功处理后，最后在页号265上的共享闩锁也被释放。

小结
　　在这篇文章里我向你展示了在索引查找操作中，通过所谓的闩锁耦合概念，SQL Server如何获取和释放闩锁。一个常见的误解，在查找操作期间，SQL Server只在特定的页上获取闩锁。如你在今天的文章所见，这个并不真的正确。
　　感谢您的关注！

原文链接
　　http://www.sqlpassion.at/archive/2016/10/24/latch-coupling-in-sql-server/