SQL Server 並發控制 第三篇：隔離級別和行版本（2）
隔離級別定義事務處理數據讀取操作的隔離程度，在悲觀並發模式下，隔離級別只會影響讀操作申請的共享鎖（Shared Lock），而不會影響寫操作申請的互斥鎖（Exclusive Lock），隔離級別控制讀操作的行為：
- 在讀數據時是否使用共享鎖，申請何種類型的鎖；
- 事務持有共享鎖的時間；
- 讀操作引用被其他事務更新，但尚未提交的數據行時，控制讀操作的行為：
- 被阻塞，等待其他事務釋放互斥鎖；
- 讀沒有提交的數據，獲取更新之后的數據值；
在樂觀並發模式下，讀操作引用被其他事務更新，但尚未提交的數據行時，控制讀操作的行為：
- 獲取更新之前的數據值，從tempdb中讀取行版本（row version），該行版本在事務開始時已經提交；
在執行寫操作時，事務總是持有互斥鎖，直到事務結束才釋放，互斥鎖不受事務隔離級別的影響。在悲觀並發模式中，互斥鎖和任意鎖都不兼容，在同一時刻，同一個數據行上，只能有一個事務持有互斥鎖，就是說，寫操作是順序進行的，完全隔離的，不能並發執行。隔離和並發，此消彼長。
一，事務運行時的隔離級別
SQL Server 數據庫級別默認的事務隔離級別是Read Committed，用戶不能修改Database-Level默認的隔離級別，但是，用戶能夠修改Session-Level默認的事務隔離級別。
每一個事務都運行在一個特定的隔離級別內，該隔離級別是由會話（session）決定的。SQL Server定義的五個隔離級別，都是為了定義讀數據的行為：
- READ UNCOMMITTED ：允許臟讀、數據不可重復讀和數據范圍不可重復讀
- READ COMMITTED：防止臟讀（讀取未提交的數據更新），允許數據不可重復讀和數據范圍不可重復讀
- REPEATABLE READ：防止臟讀和數據不可重復讀，允許數據范圍不可重復讀
- SERIALIZABLE：防止臟讀、數據不可重復讀和數據范圍不可重復讀
- SNAPSHOT：快照隔離級別，主要是為了避免讀寫相互阻塞
事務的隔離級別共有5個，使用SET命令修改Session-Level的隔離級別，使用DBCC UserOptions 查看當前Session的隔離級別：
SET TRANSACTION ISOLATION LEVEL { READ UNCOMMITTED | READ COMMITTED | REPEATABLE READ | SNAPSHOT | SERIALIZABLE }
注意：隔離級別只能定義讀操作的行為，無法定義寫操作的行為，寫操作跟寫操作與讀操作都是互斥的。
在任何隔離級別下，事務在執行寫操作時都申請互斥鎖（exclusive lock），持有互斥鎖直到事務結束，互斥鎖不受隔離級別的控制；而共享鎖（Shared Lock）受到隔離級別的控制，隔離級別影響Shared Lock的申請和釋放：
- 在 Read Uncommitted隔離級別下，讀操作不會申請Shared Lock；
- 在 Read Committed（不使用row-versioning），Repeatable Read 和 Serializable隔離級別下，都會申請Shared Lock；
- 在 Read Committed（不使用row-versioning） 隔離級別下，在讀操作執行時，申請和持有Share Lock；一旦讀操作完成，釋放Shared Lock;
- 在 Repeatable Read 和 Serializable隔離級別下，事務會持有Shared Lock，直到事務結束（提交或回滾）；
- 在Serializable隔離級別下，事務會持有范圍Shared Lock（Range Lock），鎖定一個范圍，在事務活躍期間，其他事務不允許在該范圍中進行更新（Insert 或 delete）操作；
二，悲觀並發模式下的隔離級別
在悲觀並發模式下，可以設置4個隔離級別，分別是READ UNCOMMITTED、READ COMMITTED、REPEATABLE READ和SERIALIZABLE，其中READ UNCOMMITTED、REPEATABLE READ和SERIALIZABLE是悲觀並發模式獨有的。
1，臟讀
當事務運行在 READ UNCOMMITTED 隔離級別下時，有可能會讀取到其他事務未提交的數據更新。
- 例如，事務A修改了數據，把數據由1修改2，但是還沒有提交，
- 之后，另一個事務B讀取了該數據，結果是2，
- 在事務B讀取數據之后，事務A回滾，那么該數據的最終值是1。
出現臟讀的原因是讀操作不加共享鎖，讀操作不會被寫操作阻塞，使得讀操作可能會讀取到寫事務未提交的值。
2，數據不可重復讀
當事務運行在 READ COMMITTED 隔離級別下時，在同一個事務內，兩次讀取同一個數據，可能讀取到不同的結果，這就是數據不可重復讀現象。
- 例如，事務A讀取了一個數據，值是1，事務未提交
- 之后，事務B修改了該數據，把數據值由1修改為2，並提交事務。
- 在事務B提交之后，事務A重新讀取該書，值為2
出現數據不可重復讀的原因是事務在讀取數據時申請了共享鎖，但是在語句執行完成之后，就立馬釋放了共享鎖。要想避免出現數據不可重復讀的現象，事務必須一直持有共享鎖，直到事務提交或回滾。
3，數據范圍不可重復讀
當使用where子句限定了數據范圍之后，事務在兩次執行相同的查詢，獲得的數據范圍不同，也就是說，在相同的數據范圍內，增加了新的數據。
- 例如，事務A查詢Age在10和20之間的男生，共有7個，事務未提交
- 事務B向數據表中插入一條新的數據，Age是15，事務提交
- 事務A重新查詢Age在10和20之間的男生，共有8個
出現數據范圍不可重復讀的原因是事務只申請了共享鎖，沒有申請范圍鎖，這就導致其他寫事務可以向特定的數據范圍內新增數據。
三，鎖
在悲觀並發模式下，事務使用鎖來實現數據的一致性。鎖是一種機制，鎖施加在資源上，表示鎖定該資源。鎖的所有者是事務，事務的特性決定了鎖的特性。
1，鎖定的資源
事務可以在數據行、數據頁、鍵范圍、分區和表上加鎖，
鎖定的資源類型，按照粒度的級別，從低向高分別是：
- RID：堆中的一行
- KEY：聚集索引中的鍵
- KEY Range：鍵范圍
- PAGE：堆表的數據頁或B-Tree的索引頁
- EXTENT：分區，連續的8個Page
- HoBT：堆或B-Tree， 用於保護堆（沒有聚集索引的表）和堆中的B 樹
- IDX：索引中的數據行
- OBJECT：表（整個表）
2，鎖模式
共享鎖（S鎖）：讀操作在讀取的數據上施加共享鎖，用於select子句中
互斥鎖（X鎖）：寫操作在更新的數據上施加互斥鎖，一個數據上，只能施加一個互斥鎖，X鎖和任意鎖都是互斥的。
更新鎖（U鎖）：U鎖和S鎖是兼容的，在寫操作中，數據的更新過程分為兩步，第一步是找到更新的數據，對於找到的數據施加U鎖；第二步是在真正執行數據更新時，把U鎖轉換為X鎖。
意向鎖（I鎖）：意向鎖有 IS、IX和IU 三種類型，當事務申請低粒度鎖時，事務會在相同的對象上，依次申請高粒度資源的意向鎖，直到表上的意向鎖。例如，事務A申請在數據行R上施加X鎖，同時，事務A會在包含該數據行R的數據頁上申請IX鎖，同時申請表級的IX鎖，也就是說，在一行上申請X鎖，那么該行所在的頁和表都會申請IX鎖。在這種情況下，其他事務就很容易探測到有事務在更新表中的數據，避免鎖住整個表。
鍵范圍鎖（Key-Range）：鍵范圍鎖出現在SERIALIZABLE隔離級別，如果事務需要掃描一個范圍的數據，事務使用鍵范圍鎖，鎖定表中的特定范圍，避免其他事務向范圍中插入新的數據，鍵范圍鎖與特定的索引鍵關聯。
3，鎖持續的時間
X鎖持續到事務結束，S鎖的持續時間受到事務隔離級別的影響。
- READ UNCOMMITTED ：不申請S鎖
- READ COMMITTED：申請S鎖，S鎖在讀取操作完成時就立馬釋放，S鎖持續的時間是語句執行的時間
- REPEATABLE READ：申請S鎖，當事務結束之后，立馬釋放S鎖，S鎖持續的時間是事務執行的時間
- SERIALIZABLE：申請S鎖，鎖定的資源是鍵范圍，當事務結束之后，立馬釋放S鎖，S鎖持續的時間是事務執行的時間
4，鎖的兼容性
自行百度
5，鎖升級
鎖升級是指鎖施加的資源的粒度增加，從低粒度升級到高粒度，這會使數據庫系統並發度降低，增加阻塞和死鎖的風險，但是帶來的好處是降低鎖管理的開銷、保證查詢執行的速度。
鎖升級的第一種方式是鎖占用的內存達到閾值。通常來說，一個鎖結構大概需要96B的內存空間，當數據庫中存在大量的鎖結構時，鎖結構會占用較多的內存空間。當SQL Server使用超過24%的Buffer Poll用於存儲鎖結構時，SQL Server 引擎會選擇一些正在持有的鎖的會話，把鎖升級到高層次的級別，使鎖鎖定的資源粒度變大，降低鎖的數量。
鎖升級的第二種方式是鎖的數量達到閾值。在一個表上，當一個會話申請的鎖的數量達到一定的閾值，閾值的默認值是5000，也就是說，當一個會話持有鎖的數量超過5000時，SQL Server就自動把鎖升級。
鎖升級是自動進行的，也可以使用LOCK HINT，手動控制鎖的粒度。
參考文檔：