第一次接触终极事务处理——Hekaton

在这篇文章里，我想给出如何与终极事务处理（Extreme Transaction Processing (XTP) ）的第一次接触，即大家熟知的Hakaton。如果你想对XTP有个很好的概况认识，我推荐Kalen Delaney写的关于它的白皮书，中文版本点此下载，另外微软研究院也发布了题为“对于内存数据库的高性能并发控制机制（High-Performance Concurrency Control Mechanisms for Main-Memory Databases）”的研究白皮书，点此下载。

XTP明确为你指出：对于你的SQL Server数据库，在后台是存储在文件流（FILESTREAM） 文件组里。因此当你想要使用XTP，首先你要做的是，增加一个新的文件流（FILESTREAM） 文件组到你对应的数据库。新的文件组也必须标上MEMORY_OPTIMIZED_DATA属性。以下脚本请在64位系统里的SQL Server 2014里运行。

-- Create new database
CREATE DATABASE TestDatabase
GO

--Add MEMORY_OPTIMIZED_DATA filegroup to the database.
ALTER DATABASE TestDatabase
ADD FILEGROUP XTPFileGroup CONTAINS MEMORY_OPTIMIZED_DATA

 点击【数据库属性】【文件组】，可以看到【内存优化数据】。

 在你创建新FILESTREAM文件组后，你还需要添加一个新的文件到这个文件组。

-- Add a new file to the previous created file group
ALTER DATABASE TestDatabase ADD FILE
(
   NAME = N'HekatonFile1',
   FILENAME = N'C:\Program Files\Microsoft SQL Server\MSSQL12.MSSQLSERVER\MSSQL\DATA\HekatonFile1'
)
TO FILEGROUP [XTPFileGroup]
GO

在我们已经准备好用于XTP的数据库后，最后我们可以添加我们的内存优化表（Memory Optimized Table）——这个名字就是SQL Server所指的XTP表：

 看到这个截屏，估计你很期待一个非常酷的表创建向导，但事实上我们只看到一个T-SQL脚本模板——没别啥东东。希望微软对此在后续版本会有所改进……下面是创建一个XTP表的必需脚本：

USE TestDatabase
-- Let's create a new Memory Optimized Table
CREATE TABLE TestTable
(
   Col1 INT NOT NULL,
   Col2 VARCHAR(100) NOT NULL,
   Col3 VARCHAR(100) NOT NULL
   CONSTRAINT chk_PrimaryKey PRIMARY KEY NONCLUSTERED HASH (Col1) WITH (BUCKET_COUNT = 1024)
) WITH (MEMORY_OPTIMIZED = ON)
GO

哎呀，报错了。因为俺们用的是中文版本的SQL Server 2014，排序规则是：Chinese_PRC_CI_AS

看来对中文字符的支持还不是很好，我们可以换用数据类型 nchar(n) 或 nvarchar(n)。

USE TestDatabase
-- Let's create a new Memory Optimized Table
CREATE TABLE TestTable
(
   Col1 INT NOT NULL,
   Col2 NVARCHAR(100) NOT NULL,
   Col3 NVARCHAR(100) NOT NULL
   CONSTRAINT chk_PrimaryKey PRIMARY KEY NONCLUSTERED HASH (Col1) WITH (BUCKET_COUNT = 1024)
) WITH (MEMORY_OPTIMIZED = ON)
GO

在XTP里额每个表都必须要有一个非聚集哈希索引（Non-Clustered Hash Index）的约束。聚集哈希索引（Clustered Hash Index）目前尚不支持。你还要用BUCKET_COUNT子句来指定桶数。最后你要为数据库标上MEMORY_OPTIMIZED。恭喜您，你已经创建了您的第一个内存优化表——这个一点都不难！

使用这个新表非常简单。我们来插入几条记录：

-- Let's insert a simple record into the new table
INSERT INTO TestTable (Col1, Col2, Col3) VALUES (1, 'Woody', 'Tu')
GO

但是XTP的真正威力是在处理并发用户的时候，因为没有锁/阻塞/封锁（Locking/Blocking/Latching）。连排它锁（Exclusive Locks (X) ）也米有了。平常当我们在“普通”表上运行INSERT语句时，在表上会有IX锁，在数据页，在记录本身会有一个X锁。但在XTP里，这些锁全不见了。来看下面的查询： 

-- Make an insert in an explicit transaction
BEGIN TRANSACTION

INSERT INTO TestTable (Col1, Col2, Col3) VALUES (2, 'Smart', 'GZ')

-- No IX, X locks anymore!
SELECT * FROM sys.dm_tran_locks
WHERE request_session_id = @@SPID

COMMIT
GO

从sys.dm_tran_locks的输出结果可以看到，只有在表本身有一个模式稳定锁（Schema Stability Lock (Sch-S) ），但IX和X锁都消失了——非常酷！

当你运行刚才的脚本不马上提交事务：

BEGIN TRANSACTION

INSERT INTO TestTable (Col1, Col2, Col3) VALUES (3, 'Cn', 'Blog')

你仍然可以从另外一个会话通过SELECT语句无锁的获得最新数据，在执行查询之前，我们在工具栏点击显示实际的执行计划：

SELECT * FROM dbo.TestTable

 

SQL Server在执行计划里使用了Index Scan (NonClusteredHash) 运算符。

在XTP之前，这个行为在数据库里只能通过启用乐观并发控制（Optimistic Concurrency）来建立——在SQL Server 2005后才引入了Read Committed Snapshot Isolation、Snapshot Isolation。

我们来试下UPDATE语句：

UPDATE TestTable SET Col2 = 'Test' WHERE Col1 = 1
GO

当我们看UPDATE执行计划时，除了Index Seek (NonClusteredHash)运算符，这里没啥特别的地方。因此XTP能扫描和查找哈希索引（Hash Indexes）。我们来试下显示事务里的UPDATE语句：

-- Let's try the UPDATE statement in an explicit transaction
BEGIN TRANSACTION

UPDATE TestTable SET Col2 = 'Test' WHERE Col1 = 1

SELECT * FROM sys.dm_tran_locks
WHERE request_session_id = @@SPID

COMMIT
GO

这一次，SQL Server给我们了下列错误信息：

因此当你使用显示事务时，我们要提示SQL Server。但是WITH (SNAPSHOT)和SNAPSHOT事务隔离级别（Transaction Isolation Level）不一样，因为当我更改隔离级别为SNAPSHOT，并尝试回滚事务时：

SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL SNAPSHOT;
BEGIN TRANSACTION

UPDATE TestTable  SET Col2 = 'Test' WHERE Col1 = 1

ROLLBACK 

我会收到如下的错误信息：

 

因此，我们给查询本身加上查询提示：

BEGIN TRANSACTION

UPDATE TestTable WITH (SNAPSHOT) SET Col2 = 'Test' WHERE Col1 = 1

SELECT * FROM sys.dm_tran_locks
WHERE request_session_id = @@SPID

COMMIT
GO

现在事务已经提交，sys.dm_tran_locks 再一次只显示了Sch-S锁。下一步我想做的是尝试并行执行2个UPDATE语句，但不提交第1个事务。因此我们在2个不同的会话执行下列语句，并确保2个事务都不提交。

BEGIN TRANSACTION

UPDATE TestTable WITH (SNAPSHOT) SET Col2 = 'Test' WHERE Col1 = 1

没有XTP，第2个事务会阻塞，因为X锁正被第1个事务拿着：

很遗憾SQL Server在第2个会话里给我们下列的错误信息：

 

我们的执行进入更新冲突（Update Conflict），SQL Server回滚了第2个事务。我并没有料到这点，但我需要对此仔细思考下。

在当前SQL Server 2014 CTP1版本里，XTP提供给你的另一个东西叫做 本机编译的存储过程（Natively Compiled Stored Procedures）：

 

又一次，没有向导，只有你要用到的T-SQL脚本模板。本机编译（Native Compilation）意味这SQL Server在后台将整个存储过程编译至C/C++代码——这个性能将会是卓越的，因为现在我们在SQL Server内部直接执行本机代码（native code）。下面脚本展示了一个简单的XTP存储过程是啥样的：

CREATE PROCEDURE HekatonProcedure
(
   @Param INT
)
WITH NATIVE_COMPILATION, SCHEMABINDING, EXECUTE AS OWNER
AS
BEGIN
   ATOMIC WITH
   (
      TRANSACTION ISOLATION LEVEL = SNAPSHOT, LANGUAGE = N'us_english'
   )

   INSERT INTO dbo.TestTable (Col1, Col2, Col3) VALUES (@param, N'Woody', N'Tu')

   SELECT Col1, Col2, Col3 FROM dbo.TestTable
END
GO

有几个属性必须要知道：

• 存储过程必须用SCHEMABINDING和EXECUTE AS来创建；
• 存储过程必须标记为NATIVE_COMPILATION；
• 你必须指定ATOMIC代码块，这里设置事务隔离级别和所用语言。

当你完成存储过程创建后，你就可以执行它了：

EXEC HekatonProcedure 5
GO

因为现在你用的是本机代码，那就没有执行计划了！好好享受这执行速度……ALTER PROCEDURE也不支持了（没意义，因为是本地生成代码（native generated code）），意味如果你想修改这个存储过程的话，你还不能再次DROP和CREATE。

这是我第一次安装SQL Server 2014体验XTP的简短过程。更多的信息和内容，我定会在接下来的文章里和大家一起分享。请继续关注！

参考文章：

https://www.sqlpassion.at/archive/2013/06/25/first-steps-with-extreme-transaction-processing-hekaton/