SQL Server 的锁定和阻塞

bobpxp

　　所谓的「阻塞」，是指当一个数据库会话中的事务，正在锁定其他会话事务想要读取或修改的资源，造成这些会话发出的请求进入等待的状态。SQL Server 默认会让被阻塞的请求无限期地一直等待，直到原来的事务释放相关的锁，或直到它超时 (根据 SET LOCK_TIMEOUT，本文后续会提到)、服务器关闭、进程被杀死。一般的系统中，偶尔有短时间的阻塞是正常且合理的；但若设计不良的程序，就可能导致长时间的阻塞，这样就不必要地锁定了资源，而且阻塞了其他会话欲读取或更新的需求。遇到这种情况，可能就需要手工排除阻塞的状态，而本文接下来要介绍两种排除阻塞的做法。
　　
　　日前公司 server-side 有组件，疑似因撰写时 exception-handling 做得不周全，导致罕见的特殊例外发生时，让 SQL Server 的事务未执行到 cmmmit 或 rollback，造成某些表或记录被「锁定 (lock)」。后来又有大量的 request，要透过代码访问这些被锁定的记录，结果造成了严重的长时间「阻塞」，最后有大量 process (进程) 在 SQL Server 呈现「等待中 (WAIT)」的状态。
　　由于 SQL Server 的「事务隔离级别」默认是 READ COMMITTED (事务期间别人无法读取)，加上 SQL Server 的锁定造成阻塞时，默认是别的进程必须无限期等待 (LOCK_TIMEOUT = -1)。结果这些大量的客户端 request 无限期等待永远不会提交或回滚的事务，并一直占用着 connection pool 中的资源，最后造成 connection pooling 连接数目超载。
　　
查了一些书，若我们要查询 SQL Server 目前会话中的 lock 超时时间，可用以下的命令：
　　SELECT @@LOCK_TIMEOUT
　　
执行结果默认为 -1，意即欲访问的对象或记录被锁定时，会无限期等待。若欲更改当前会话的此值，可用下列命令：
　　SET LOCK_TIMEOUT 3000
　　后面的 3000，其单位为毫秒，亦即会先等待被锁定的对象 3 秒钟。若事务仍未释放锁，则会抛回如下代号为 1222 的错误信息，可供程序员编程时做相关的逾时处理：
　　消息 1222，级别 16，状态 51，第 3 行
已超过了锁请求超时时段。 若将 LOCK_TIMEOUT 设置为 0，亦即当欲访问对象被锁定时，完全不等待就抛回代号 1222 的错误信息。此外，此一 SET LOCK_TIMEOUT 命令，影响范例只限当前会话 (进程)，而非对某个表做永久的设置。
　　
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接下来我们在 SSMS 中，开两个会话 (查询窗口) 做测试，会话 A 创建会造成阻塞的事务进程，会话 B 去访问被锁定的记录。
　　


--会话 A
BEGIN TRAN;
UPDATE Orders SET EmployeeID=7 WHERE OrderID=10248
--rollback; --故意不提交或回滚　　
　　


--会话 B
SELECT * FROM Orders WHERE OrderID=10248　　
　　分别执行后，因为欲访问的记录是同一条，按照 SQL Server 「事务隔离级别」和「锁」的默认值，会话 B 将无法读取该条数据，而且会永远一直等下去 (若在现实项目里写出这种代码，就准备被客户和老板臭骂)。
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若将会话 B 先加上 SET LOCK_TIMEOUT 3000 的设置，如下，则会话 B 会先等待 3 秒钟，才抛出代号 1222 的「锁请求已超时」错误信息：
　　


--会话 B
SET LOCK_TIMEOUT 3000
SELECT * FROM Orders WHERE OrderID=10248
--SET LOCK_TIMEOUT -1　　
　　执行结果：
　　消息 1222，级别 16，状态 51，第 3 行
已超过了锁请求超时时段。
语句已终止。
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另根据我之前写的文章「30 分钟快快乐乐学 SQL Performance Tuning」所述：
http://www.iyunv.com/WizardWu/archive/2008/10/27/1320055.html
　　撰写不当的 SQL 语句，会让数据库的索引无法使用，造成全表扫描或全聚集索引扫描。例如不当的：NOT、OR 算符使用，或是直接用 + 号做来串接两个字段当作 WHERE 条件，都可能造成索引失效，变成全表扫描，除了性能变差之外，此时若这句不良的 SQL 语句，是本帖前述会话 B 的语句，由于会造成全表扫描或聚集索引扫描，因此就一定会被会话 A 的事务阻塞 (因为扫描全表时，一定也会读到 OrderID=10248 这一条会话 A 正在锁定的记录)。
　　
下方的 SQL 语句，由于 OrderID 字段有设索引，因此下图 1 的「执行计划」，会以算法中的「二分查找法」在索引中快速查找 OrderID=10250 的记录。
　　SELECT * FROM Orders WHERE OrderID=10250
　　SELECT * FROM Orders WHERE OrderID=10250 AND ShipCountry='Brazil'
　　

图 1　有正确使用到索引的 SQL 语句，以垂直的方向使用索引。用 AND 算符时，只要有任一个字段有加上索引，就能受惠于索引的好处，并避免全表扫描 此时若我们将这句 SQL 语句，当作前述会话 B 的语句，由于它和会话 A 所 UPDATE 的 OrderID=10248 不是同一条记录，因此不会受会话 A 事务未回滚的影响，会话 B 能正常执行 SELECT 语句。
　　
　　
但若我们将会话 B 的 SQL 语句，改用如下的 OR 算符，由于 ShipCountry 字段没有加上索引，此时会造成聚集索引扫描 (和全表扫描一样，会对整个表做逐条记录的 scan)。如此一来，除了性能低落以外，还会因为在逐条扫描时，读到会话 A 中锁定的 OrderID=10248 那一条记录，造成阻塞，让会话 B 永远呈现「等待中」的状态。
　　SELECT * FROM Orders WHERE OrderID=10250 OR ShipCountry='Brazil'
　　

图 2　未正确使用索引的 SQL 语句，以水平的方向使用索引。用 OR 算符时，必须「所有」用到的字段都有加上索引，才能有效使用索引、避免全表扫描
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发生阻塞时，透过以下命令，可看出是哪个进程 session id，阻塞了哪几个进程 session id，且期间经过了多少「毫秒 (ms)」。如下图 3 里 session id = 53 阻塞了 session id = 52 的进程。另透过 SQL Server Profiler 工具，也能看到相同的内容。
　　SELECT blocking_session_id, wait_duration_ms, session_id FROM sys.dm_os_waiting_tasks
　　

图 3　本帖前述会话 A 的 UPDATE 语句 (53)，阻塞了会话 B 的 SELECT 语句 (52)
　　
透过以下两个命令，我们还能看到整个数据库的锁定和阻塞详细信息：
　　SELECT * FROM sys.dm_tran_locks
　　EXEC sp_lock
　　

图 4　session id = 52 的 process 因阻塞而一直处于等待中 (WAIT)
　　
另透过 KILL 命令，可直接杀掉造成阻塞的 process，如下：
　　KILL 53
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欲解决无限期等待的问题，除了前述的 SET LOCK_TIMEOUT 命令外，还有更省事的做法，如下，在会话 B 的 SQL 语句中，在表名称后面加上 WITH (NOLOCK) 关键字，表示要求  SQL Server，不必去考虑这个表的锁定状态为何，因此也可减少「死锁 (dead lock)」发生的机率。但 WITH (NOLOCK) 不适用 INSERT、UPDATE、DELETE。
　　SELECT * FROM Orders WITH (NOLOCK) WHERE OrderID=10248
　　
类似的功能，也可如下，在 SQL 语句前，先设置「事务隔离级别」为可「脏读 (dirty read)」。
　　SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED
SELECT * FROM Orders WHERE OrderID=10248
　　
两种做法的效果类似，让会话 B 即使读到被锁阻塞的记录，也永远不必等待，但可能读到别人未提交的数据。虽然说这种做法让会话 B 不用请求共享锁，亦即永远不会和其他事务发生冲突，但应考虑项目开发实际的需求，若会话 B 要查询的是原物料的库存量，或银行系统的关键数据，就不适合用这种做法，而应改用第一种做法的 SET LOCK_TIMEOUT 命令，明确让数据库抛回等候逾时的错误代号 1222，再自己写代码做处理。
　　
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归根究柢，我们在编程时，就应该避免写出会造成长时间阻塞的 SQL 语句，亦即应最小化锁定争用的可能性，以下为一些建议：

• 尽可能让事务轻薄短小、让锁定的时间尽量短，例如把不必要的命令移出事务外，或把一个大量更新的事务，切成多个更新较少的事务，以改善并发性。
  
• 将组成事务的 SQL 语句，摆到一个「批 (batch) 处理」，以避免不必要的延迟。这些延迟常由 BEGIN TRAN ... COMMIT TRAN 命令之间的网络 I/O 所引起。
  
• 考虑将事务的 SQL 语句写在一个存储过程内。一般来说，存储过程的执行速度会比批处理的 SQL 语句快，且存储过程可降低网络的流量和 I/O，让事务可更快完成。
  
• 尽可能频繁地认可 Cursor 中的更新，因为 Cursor 的处理速度较慢，会让锁定的时间较长。
  
• 若无必要，使用较宽松的事务隔离级别，如前述的 WITH (NOLOCK) 和 READ UNCOMMITTED。而非为了项目开发方便，全部使用默认的 READ COMMITTED 级别。
  
• 避免在事务执行期间，还要等待用户的反馈或交互，这样可能会造成无限期的持有锁定，如同本帖一开始提到的状况，最后造成大量的阻塞和数据库 connection 被占用。
  
• 避免事务 BEGIN TRAN 后查询的数据，可能在事务开始之前先被引用。
  
• 避免在查询时 JOIN 过多的表 (此指非必要的 JOIN)，否则除了性能较差外，也很容易读到正被锁定或阻塞中的表和字段。
  
• 应注意在一个没有索引的表上，过量的「行锁」，或一些锁定使用了过多的内存和系统资源时，SQL Server 为了有效地管理这些锁定，会尝试将锁定扩展为整个表的「表锁」，此时会很容易造成其他 process 在访问时的阻塞和等待。