序

本文屬于基礎知識的回顧，在日常技術交流和日常工作中經常發(fā)現(xiàn)有些同事了解關于數(shù)據庫事務的基本知識，會看SQL語句的執(zhí)行計劃，也知道數(shù)據庫有X鎖、U鎖和S鎖等各種鎖，但是對于這些鎖在數(shù)據庫事務執(zhí)行期間是如何工作？為何這樣配合才能完成數(shù)據庫事務？數(shù)據庫是如何對于各種資源加鎖的？等等這類的問題不太了解，那么對于事務的執(zhí)行肯定不會有深刻的認識。

這類知識雖然從網上搜索可以找到很多，但是大多內容重復，并且只注重理論知識而沒有實踐路徑。就好比池塘中的青蓮只可遠觀而無法靠近仔細觀察，猶如霧里看花水中望月，對于其真實原理總是似懂非懂。

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，只有親自動手進行分析才能對這些問題有深入的認識，因此本文計劃從數(shù)據庫的基礎知識入手，以詳細的實踐分析步驟引導認識數(shù)據庫事務的執(zhí)行過程，以期讀者可以對于事務有更加深刻的理解。

SQL Server使用的鎖及鎖對象

數(shù)據庫引擎使用不同的鎖模式鎖定資源，通過不同鎖的組合使用達到不同的數(shù)據庫事務隔離級別。

意向鎖又細分為多種類型：

架構鎖細分為兩種類型：

通常開發(fā)人員談到數(shù)據庫的鎖的時候習慣說數(shù)據庫鎖、表鎖或者行鎖。這種描述通常是從被鎖定資源的角度來談論，通過檢索SQL Server2016的文檔發(fā)現(xiàn)數(shù)據庫上鎖定更多的資源不只是這三種維度，還有11種類型。

了解了數(shù)據庫的鎖及其鎖定對象，那么日常使用的select、insert和update語句到底是如何應用這些概念呢？

SQL Server執(zhí)行Select時使用的鎖

首先通過建表腳本創(chuàng)建一個數(shù)據庫表：

USE [Test]
GO
/****** Object:  Table [dbo].[UserTable]    Script Date: 2022/6/29 20:08:23 ******/
SET ANSI_NULLS ON
GO
SET QUOTED_IDENTIFIER ON
GO
CREATE TABLE [dbo].[UserTable](
	[id] [varchar](36) NOT NULL,
	[name] [varchar](256) NULL,
	[code] [varchar](256) NULL,
	[createtime] [datetime] NULL,
	[lastmodifytime] [datetime] NULL,
PRIMARY KEY CLUSTERED 
(
	[id] ASC
)WITH (PAD_INDEX = OFF, STATISTICS_NORECOMPUTE = OFF, IGNORE_DUP_KEY = OFF, ALLOW_ROW_LOCKS = ON, ALLOW_PAGE_LOCKS = ON, OPTIMIZE_FOR_SEQUENTIAL_KEY = OFF) ON [PRIMARY]
) ON [PRIMARY]
GO

USE [Test]
GO
INSERT [dbo].[UserTable] ([id], [name], [code], [createtime], [lastmodifytime]) VALUES (N'5E4B68B0-71B8-43FB-B6B4-8E9D43A30589', N'test1', N'123456', CAST(N'2022-06-29T18:02:21.517' AS DateTime), CAST(N'2022-06-29T18:02:21.517' AS DateTime))
GO

由于Select語句在SQL Server的默認事務隔離級別（read commited）中執(zhí)行完成后就會釋放相關的鎖，而非等到事務結束，在這種情況下無法通過sp_lock或者sys.dm_tran_locks視圖觀察select語句執(zhí)行過程中鎖的執(zhí)行情況，因此比較方便的辦法是在查詢語句執(zhí)行之前調整當前會話的事務隔離級別為repeatable read，在這個隔離級別中select語句默認會在事故執(zhí)行完成后提交，比較方便分析。

在SQL Server Manager Studio的查詢窗口中執(zhí)行語句：

set transaction isolation level repeatable read

set statistics profile on 

begin tran
select * from usertable where  id='5E4B68B0-71B8-43FB-B6B4-8E9D43A30589'

在前面的事務目前是已經執(zhí)行未提交的狀態(tài)，此時可以通過dm_tran_locks查詢到該語句目前持有的鎖：

select request_session_id,resource_type,request_status,request_mode,resource_description,
case resource_type
when 'Page' then OBJECT_NAME(p.object_id)
when 'object' then OBJECT_NAME(lock.resource_associated_entity_id)
when 'database' then (select name from master..SysDatabases where dbid=resource_database_id)
when 'key' then object_name(p.object_id)
end 
as objectName from sys.dm_tran_locks lock
left join sys.partitions p 
on p.hobt_id=lock.resource_associated_entity_id
order by lock.request_session_id

查詢結果字段說明：

• request_session_id：會話編號
• resource_type：被鎖定的資源類型
• request_status：請求的狀態(tài)
• request_mode：鎖類型
• resource_description 資源描述情況
• objectName：對象名稱

目前select查詢持有的鎖：

1. 通過目前的查詢結果可以看到在DATABASE上加了S鎖（數(shù)據庫名為Test）；
2. 在數(shù)據所屬的頁上增加了意向共享鎖；
3. 表上增加了意向共享鎖；
4. 數(shù)據行上增加了共享鎖；

目前的事務執(zhí)行過程中只對于匹配到的數(shù)據行進行了鎖定，如果插入刪除語句并未涉及到該數(shù)據行就不會受到影響，但是如果涉及到這行數(shù)據那肯定需要等S鎖釋放后才能進行。

SQL Server執(zhí)行insert時使用的鎖

首先在事務中執(zhí)行insert語句并且不提交(注意將上個章節(jié)中的事務提交)：

begin tran

insert into UserTable (id,code,name,createtime,lastmodifytime)
values(newid(),'test2','測試用戶2',getdate(),getdate())

insert的時候默認會有事務，因此主動聲明一個事務并只執(zhí)行不提交就可以很容易地查到當前會話持有的鎖。

通過dm_tran_locks查詢到該語句目前持有的鎖：

該事務持有的鎖：

1. 數(shù)據庫層面的共享鎖；
2. 數(shù)據頁上的意向排他鎖；
3. 數(shù)據表的意向排他鎖；
4. 數(shù)據行的排他鎖；

結合上文中對于鎖類型的講解可以很容易理解數(shù)據庫增加這些鎖的用意。數(shù)據庫層面增加S鎖可以保護當前正在進行的事務的安全，同時針對發(fā)生數(shù)據變化的數(shù)據頁和數(shù)據表增加意向排他鎖可以防止其他事務對于數(shù)據庫和數(shù)據頁進行更高層的修改（比如架構級別或者DDL之類的事務），IX鎖對于IX和IS是可以并存的，因此可以最大限度上支持同一個區(qū)域內的其他修改和查詢事務。

SQL Server執(zhí)行update時使用的鎖

首先在數(shù)據庫中執(zhí)行update語句而不提交（注意將上個章節(jié)中的事務提交或者回滾）：

begin tran 

update UserTable set lastmodifytime=GETDATE()  where id ='06757850-68D6-416C-B3D1-FD3B29BAD4BB'

通過dm_tran_locks查詢到該語句目前持有的鎖：

該事務持有的鎖：

1. 數(shù)據庫層面的共享鎖；
2. 數(shù)據頁上的意向排他鎖；
3. 數(shù)據表上面的意向排他鎖；
4. 數(shù)據行的排他鎖；

有了insert的經驗后，理解update語句使用的鎖難度就不大了。其與insert使用的鎖的類型基本一樣，由于本次是使用主鍵進行修改，數(shù)據庫可以直接定位到需要進行變更的數(shù)據行，因此只需要在對應的行上增加X鎖就可以滿足事務的需要。

日常使用的時候很少直接通過id更新數(shù)據，往往基于一些非聚集索引更新數(shù)據，在這種情況下數(shù)據庫對于鎖的使用會有什么不一樣呢？首先針對測試的數(shù)據表增加兩個索引:

create nonclustered index idx_UserTable_Name on UserTable(name)
create nonclustered index idx_UserTable_LastModifyTime on UserTable(lastmodifytime)

然后將update語句修改為根據name更新數(shù)據：

begin tran 

set statistics profile on 

update UserTable set lastmodifytime=GETDATE()  where name like '%test%'

該語句對應的鎖的情況統(tǒng)計：

可以發(fā)現(xiàn)通過非聚集索引更新數(shù)據的時候，數(shù)據庫需要檢查的內容明顯增加，并且增加IX鎖的數(shù)據也多了不少。只看這個表格可能不太好理解，這些key對應的X鎖為什么要增加，以及是使用的哪個索引呢？為了了解更多的信息，上文中查詢事務鎖的語句需要進行一些改動，增加對于索引的關聯(lián)查詢：

with indexs 
as (
SELECT  索引名稱 = a.name ,
        表名 = c.name ,
        索引字段名 = d.name ,
        a.indid
FROM    sysindexes a
        JOIN sysindexkeys b ON a.id = b.id
                               AND a.indid = b.indid
        JOIN sysobjects c ON b.id = c.id
        JOIN syscolumns d ON b.id = d.id
                             AND b.colid = d.colid
WHERE   a.indid NOT IN ( 0, 255 )  
AND   c.name='UserTable' --查指定表 
)
select request_session_id,resource_type,request_status,request_mode,resource_description,
case resource_type
when 'Page' then OBJECT_NAME(p.object_id)
when 'object' then OBJECT_NAME(lock.resource_associated_entity_id)
when 'database' then (select name from master..SysDatabases where dbid=resource_database_id)
when 'key' then object_name(p.object_id)
end 
as objectName,index_id,i.索引名稱 from sys.dm_tran_locks lock
left join sys.partitions p on p.hobt_id=lock.resource_associated_entity_id
left join indexs  i on i.indid=index_id
order by lock.request_session_id

通過關聯(lián)查詢索引信息，得到了更豐富的內容：

從上表中可以看出在更新數(shù)據的時候，由于涉及到多行的非聚集索引上面的數(shù)據，因此對于該索引涉及到的數(shù)據行都增加了X鎖，涉及到的數(shù)據頁也比之前更多了。類型為X鎖，同時索引名稱為PK__Test1__3213E83F133024F3的有兩行，因為本次事務匹配到了兩行數(shù)據；類型為X鎖，同時索引名稱為idx_UserTable_LastModifyTime的一共有四行。為什么是四行呢？因為有兩個舊的數(shù)據需要刪除，同時新增了兩個新的數(shù)據，所以是四行。其他的非聚集索引的數(shù)據并沒有修改，所以本次不需要申請X鎖。

總結

數(shù)據庫中的各種事務隔離級別都是通過對于不同鎖的綜合運用實現(xiàn)的。對于鎖的認識可以從兩個角度進行：鎖模式和鎖對象。哪怕是一個簡單的select語句都會有默認的某種鎖以保護數(shù)據的正確性。需要注意不同的數(shù)據組合情況、不同的事務隔離級別下SQL語句的執(zhí)行過程可能是不一樣的，因此其使用的鎖也會千變萬化，本文所列舉的只是一些很簡單的情況，但是規(guī)則類似，分析路徑也是基本一致的，有興趣的可以自己嘗試下日常工作中語句的執(zhí)行過程中使用的鎖，這對于理解數(shù)據庫工作原理，有針對性的對于SQL語句調優(yōu)都有一定幫助（注意不要在生產環(huán)境執(zhí)行這類分析）。

參考文檔

1. SQL Server, Locks object
2. 事務鎖定和行版本控制指南
3. Microsoft SQL Server企業(yè)級平臺管理實踐