最近這段時間，我花了很多時間來更好的理解Hekaton——SQL Sever 2014里的全新內存表技術。我看了很多文章，了解了Haktaon的各種內部數據存儲結構（主要是哈希索引和Bw-tree）。另外我也看了不少關於這方面的講座。
但不止一次，有很多的誤報，神話和誤解出現，人們對Hektaton的認識發生了錯誤。從大家對Hekaton的提問就可以看出，我們需要整理Hekaton的知識，向大家重新傳達它的相關知識，讓大家更好的理解Hekaton，在Hekaton合適的場景來更好的使用它。
下面只是一些我羅列聽到的大家關於Hekaton的問題：
- “Hekaton是內存存儲技術，是否意味着數據不再永駐？”
- “Hekaton只在特定架構的CPU里可以運行？”
- “當你遷移到Hekaton，對於你的工作量，你會獲得100倍的性能提升？”
- “在Hekaton里，沒有鎖，阻塞，自旋鎖。”
這只是在過去我聽到的誤解中，頭條的一部分。因此這篇文章的目的澄清這些最大誤解和問題，我也會告訴你為什么它們是錯誤的。嗯，讓我們從我的最頭條開始（沒特定順序）！
“對於事務，Hekaton也提供ACID屬性么？”
當我開始討論Hekaton時，這個總是我第一個想澄清的：當你使用Hekaton時，對於你的事務，它還是有ACID屬性的！Hekaton里的事務一直是有原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）和持久性（Durability）的。SQL Server只是內部使用不同的概念和方法來保證這4個重要屬性。
- 原子性（Atomicity）：對於你處理的事務，還是可以前滾（rolled forward）和后滾（rolled back），即使你的SQL Server崩潰，對於你啟用Hekaton的數據庫，SQL Server還是可以通過故障修復（crash recovery ）（只要通過SQL Server重啟，你的數據還是持續的（persisting ）——下面會詳細描述）
- 一致性（Consistency）：Hekaton也提供“總是”有一致的數據。這個在當前很容易做到，因為Hekaton的最大局限性之一是不能創建外鍵（Foreign-Keys），只能本身約束。因此基本上啟用Hekaton的表，是在內部進行約束的。
- 隔離性（Isolation）：幾天前，有人想說服我，Hekaton提供你臟讀（Dirty Reads），因為沒有鎖和阻塞（Locking and Blocking）。錯了！！！Hekaton使用所謂的多版本並發控制（Multi Version Concurrency Control ，MVCC）的方法，才有沒鎖的神奇可能。當你讀取數據的時候，你取回的是在你開始的語句/事務后不在有效的數據（取決於使用的事務隔離級別（Transaction Isolation Level））。因此在Hekaton里沒有臟讀（Dirty Reads）。
- 持久性（Durability）：這個要分情況。當你使用架構和數據（DURABILITY=SCHEMA_AND_DATA）持久性創建你的Hekaton表，在SQL Server崩潰時，數據還是存在的。它會從事務日志里恢復，即Hekaton寫的檢查點文件。這點非常重要：當你想要你的數據持久時，Hekaton還是會使用事務日志，這也意味着你的事務日志是Hekaton的最后性能瓶頸之一。當和傳統基於傳統硬盤的表相比，Hekaton這里使用非常高效的日志模型。這里其中一個改變是，只有數據修改被日志，不是在索引級別。當你在基於傳統硬盤表里執行INSERT，SQL Server需要為“每個”索引（聚集和非聚集索引）的INSERT日志。在Hekaton里，SQL Server只日志一次INSERT，因為在SQL Server啟動期間，所有的Hekaton索引（哈希索引，范圍索引）都會重建。因此對事務日志的影響是盡可能小的。
當你使用只有架構，不包含數據（DURABILITY = SCHEMA_ONLY）的Hekaton表時，你的Hekaton事務的持久性就沒有了：當你的SQL Server崩潰了，或者你重啟SQL Server，在Hekaton表里的所有數據會丟失。因此沒有持久性。因此在事務日志里也沒有日志記錄。當然這個用法只在特殊場景里使用才有意義，例如為你的數據倉庫進行數據加載。如果SQL Server崩潰，你就要重啟你的ETL進程。你是可以重建你丟失的數據。
“Hekaton是微軟提供的No-SQL方法？”
這個誤解也非常有意思。有人想說服我說Hekaton是微軟開發的No-SQL的新方法。得了吧，使用Hekaton我們還是在討論有所有ACID屬性的關系數據庫（參閱剛才說的）。Hekaton和No-SQL是2個完全不同的東西，也沒有共同點。Hekaton內部使用優雅而快速的方法來實現關系數據庫的特性——就這樣！
“Hekaton只在特定架構的CPU上運行？”
哇哦，我想我站錯了地方！Hekaton只在特定模型/架構上運行，因為Hekaton內部使用所謂的原子CAS運算（原子比較與交換Atomic Compare & Swap, or Atomic Compare & Exchange）。那句話是完全錯誤的！當然，內部的Bw-tree使用CAS運算作為多個原子步驟做出樹里SMOs（結構修改運算，Structure Modification Operations）。Hekaton這里內部使用“InterlockedCompareExchange”的WIN32 API函數。這個函數只在特定內存位置的值和原始值比較，如果2個一樣的話，在內存位置會寫入新值。函數本身在CPU級別作為一個原子匯編指令執行，意味着沒有別的線程可以干涉那個匯編函數。它作為一個原子塊（atomic block）從開始到結束執行。
這里的神話是，需要的匯編函數只在特定CPU架構上支持。這沒錯，但是這個匯編函數從奔騰處理器開始就支持了！在386和486架構上，函數本身是不支持的……從剛才提到的MSDN文章里的要求部分看到，支持的最低系統版本是Windows XP！因此當你在前Windows XP系統里安裝SQL Server 2014時，這個神話倒是真的！
“在Hekaton里，沒有鎖，阻塞，自旋鎖。”
理論上這句話是對的。這句話可以從不同方面辯論。我們從第1個方面開始。Hekaton“本身”是沒有鎖，阻塞和自旋鎖的，但是你還是和SQL Server的傳統關系引擎打交道。這就意味着，當你離開Hekaton宇宙時，你還是和基於原始代碼的SQL Server打交道（對此，我表示遺憾……），例如事務日志管理器（ Transaction Log Manager）。這些代碼還是有閂鎖（latches）和自旋鎖（spinlocks）用來保持不同線程訪問的同步。從這個角度來說，上述語句是部分正確的。
第2個方面在Hekaton里你還是有阻塞（blocking）的地方是，當你進行原子CAS操作時，一個原子CAS操作不能被不同的線程中斷。因此在Bw-Trees里SMOs（結構修改運算，Structure Modification Operations）可以以聰明、優雅的方式實現。着也意味着當你想在同個Bw-Tree里的同個頁里同時執行一個SMO是，一個線程會勝出，其他的線程需要重試原子CAS操作。同時發生了什么呢？線程會旋轉，再次嘗試CAS操作。我的基本理解是，原子CAS操作本身是就像一個Criticial Section同步概念包裝的匯編函數。這就意味着你的線程需要旋轉，你在丟失CPU周期，並增加了你事務的閉鎖性。當然，SMOs應該非常非常少見，因此這沒什么大不了的——但還是有線程旋轉的可能，當有為底層同步對象（或者匯編函數）的競爭時。
這是我在原子CAS操作上的基本理解。如果我對此的理解是錯誤的，歡迎隨時糾正我！
“因為在Hekaton里不支持INT IDENTITY值，使用序列（Sequences）？”
這句也非常有意思。我沒有在吹噓這句話！為什么？因為在你的SQL Server數據庫里，序列（Sequences）是一個共享對象，意味着訪問的當前值是由SQL Server同步的。這個同步在競爭中結束，意味着你不能延伸你的工作量，Hekaton的一切都是延伸工作量。
我用序列值在CTP1上做過一些測試，一旦你在你的Hekaton表/存儲過程上執行大量的並行線程，你就會觸發序列生成器（Sequence Generator）里的競爭。當然在一些內部頁，序列生成器（Sequence Generator）存儲着當前值，當序列生成器讀寫這些特定頁時，就會發生閂鎖（latch） 。在序列生成器里，你就用閂鎖競爭（Latch Contention）結束它了，你的Hekaton工作量也不會延伸。在我的測試里也沒太大區別，如果我請求整個范圍的序列值，或者當我使用緩存，也沒有區別。序列生成器始終是瓶頸。
那你如何克服這個特定問題？使用老好朋友UNIQUEIDENTIFIER。這些值彼此間是完全獨立生成的，意味着當你生成新值時，沒有涉及到共享資源，因此你可以剔除這個瓶頸，直到你觸發CPU 的100%的使用率（包括像事務日志，網絡帶寬等其他瓶頸）前，Hekaton的工作量是可以不斷延伸的。
“對於你的程序，Hekaton是完全透明的（is completely transparent）。”
這句話是對的，只要你對數據庫設計沒想法。我剛才已提過，在第1個發布里不能創建外鍵（Foreign-Keys）來檢查約束。我從沒看過任何基於磁盤的表，可以逐個遷移到內存優化表（Memory-Optimized table）。還記得么，INT IDENTITY 值目前尚不支持。當你遷移到Hekaton時，你做的不只是簡單的切換來獲得100倍的性能提升。抱歉！
“對於你的程序，Hekaton是完全透明的。”
這句話是對的，只要你對數據庫設計沒想法。我剛才已提過，在第1個發布里不能創建外鍵（Foreign-Keys）來檢查約束。我從沒看過任何基於磁盤的表，可以逐個遷移到內存優化表（Memory-Optimized table）。還記得么，INT IDENTITY 值目前尚不支持。當你遷移到Hekaton時，你做的不只是簡單的切換來獲得100倍的性能提升。抱歉！
“對於范圍索引（Range Indexes），Hekaton使用傳統的B+樹結構。”
錯！范圍索引使用所謂的Bw-Tree，這個當前SQL Server為聚集和非聚集索引使用的B+樹結構幾乎一樣。Bw-tree是基於B-Link tree——大家可能有點迷糊了，和傳統的B+樹相比，Bw-Tree有3個重大不同：
- 中間層的頁存儲大范圍的鍵值，在下一層的頁存儲小范圍的鍵值。因為在頁上存儲了大范圍的鍵值，Smos（例如頁分裂）可以在2個原子操作實現（通過2個原子CAS執行）。這個概念來自於B-Link tree的設計原則。
- 頁“從不”改變，因此這個會導致CPU緩存線無效，這個會穿越傳播到整個內存架構，這是非常昂貴的（在浪費CPU周期這方面）。當Hekaton需要改變內存中的頁，不會接觸到原始內存位置，Hekaton只創建一個新的Delta記錄，這就是修改操作。所謂的”頁面映射表（Page Mapping Table）“指向新的Delta記錄，Delta記錄對應的原始記錄並未修改。因為這個方式CPU緩存線無效可以避免。
- 頁大小是彈性的，並不是一直的8kb大小。
“在數據庫里，Hekaton提供你超快的業務邏輯。”
從微軟觀點來說這個是對的，因為自SQL Server 2012起SQL Server是在CPU核心層授權的。你用的CPU周期越多，需要的CPU就越多，你付給微軟的授權就越多。但從架構觀點來說是錯的！數據庫處理的是存儲和獲取數據，但是數據庫不是一個應用服務器，應用服務器才處理業務……想想看。當你有CPU競爭時，因為你在數據庫服務器里運行大量的業務邏輯，你應該重構你的數據庫，因此你把你的業務邏輯移向專用的應用服務器，作為SQL Server的授權完全不一樣——你為操作系統付錢，這就是錯的原因！
“我如何遷移我的整個SAP數據庫到Hekaton。微軟對此有提供工具么？”
當你想把整個數據庫遷移到Hekaton時，請先好好想想。Hekaton是用來解決特定問題的，像閂鎖競爭（Latch Contention）。只有把特定的表和存儲過程遷移到Hekaton時才有意義——並不是“所有”的數據庫！對於每個數據庫對象（表，存儲過程），SQL Server需要把它們編譯和鏈接成對應的DLL文件（然后載入sqlservr.exe的運行空間，這樣要花費時間）。當你重啟你的SQL Server時或者進行故障群集轉移時，也會執行編譯和鏈接。這會直接影響你HA方式的目標恢復時間（Recovery Time Objective，RTO）。
小結
我希望已經幫你澄清了Hekaton的一些神話，誤報和誤解。而且我一直強調的是：如果是“對的”問題，Hekaton可以幫解決；如果你有傳統的問題（錯誤的索引設計，糟糕的存儲性能）果斷放棄Hekaton吧，先做好你的家庭作業先。
Hekaton就像F1賽車：
你技術不好的話，F1賽車也幫不了你！
感謝關注，期待您的留言！
參考文章：
https://www.sqlpassion.at/archive/2013/11/30/myths-and-misconceptions-about-hekaton/