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SQL Server 2014 新特性——内存数据库

简介：

设计目的和原因：

专业名词

In-Memory OLTP不同之处

内存优化表

内存优化表的索引

并发能力的提升

和竞争对手相比几点

Getting Start

内存数据库的使用

存储

TSQL支持

简介：
内存数据库(In-Memory OLTP)，代号Hekaton

设计目的和原因：

1. 将请求的负荷放到内存中
2. 减少数据延迟
3. 来适应特殊的负荷类型

如果数据都是在内存中，那么当前的数据库优化器产生的执行计划是没什么意义的，因为现在的优化器默认数据在磁盘中而不是在内存中，所以不从磁盘中读取数据，优化器应该使用新的执行计划和新的开销算法。

In-Memory OLTP 减少了锁等待问题，使用基于行版本来优化同步的控制，改善了写入等待的延迟，写入日志变少，写入次数变少。

专业名词
Memory-optimized tables（索引优化表）：引入了新的结构，被加入到in-memory oltp的新表

Disk-Based tables（磁盘表）：基础磁盘存放的表，就是我们一直使用的表。

Natively complied（原生编译）存储过程：用于索引优化表的访问，也可以使用tsql访问，通过原生编译存储过程访问速度会更快一点

嵌套事务：可以在优化表中使用，也可以在磁盘表中使用

interop：可以让tsql访问索引优化表

In-Memory OLTP不同之处

通过图可以发现，原生编译存储过程只能使用在内存优化表上，而query interop用户tsql访问内存优化表的桥梁

内存优化表

1. 内存优化表和硬盘表不同，不需要把数据从硬盘上读取放入cache中，
2. checkpoint只是用户恢复的目的
3. 和硬盘表一样，使用事务日志，当服务重启后，使用checkpoint的文件和日志，对内存优化表进行重建
4. 内存优化表可以通过选项来设置表的持久性：SCHEMA_ONLY只保存表的结构，不保存数据，当服务重启后数据就会丢失

内存优化表的索引

1. 内存优化表中的索引不再以btree方式存储，而是以hash 表的方式
2. 内存优化表必须有一个索引，并没有堆表的概念
3. 索引，不会被保存在文件或者事务日志，并会根据内存优化表的修改自动维护，在所有重启时，根据表的文件和日志重建索引

并发能力的提升

1. 以行版本的方式存储表数据，修改数据时会请求锁，但是在内存优化表中不会
2. 虽然没有写入锁，但是还是有等待比如log write，比硬盘表高效，写入的日志少，速度快

和竞争对手相比几点

1. 内存表和硬盘表通过interop集成，有利于过渡
2. 原生编译存储过程，效率高
3. hash索引，提高内存访问效率
4. 没有page，不会出现page latch的等待
5. 通过行版本实现，不需要lock和latch

Getting Start
内存数据库的使用

创建数据库

CREATE DATABASE HKDB

ON

PRIMARY(NAME = [HKDB_data],

FILENAME = 'Q:\data\HKDB_data.mdf', size=500MB),

FILEGROUP [SampleDB_mod_fg] CONTAINS MEMORY_OPTIMIZED_DATA

(NAME = [HKDB_mod_dir],

FILENAME = 'R:\data\HKDB_mod_dir'),

(NAME = [HKDB_mod_dir],

FILENAME = 'S:\data\HKDB_mod_dir')

LOG ON (name = [SampleDB_log], Filename='L:\log\HKDB_log.ldf', size=500MB)

COLLATE Latin1_General_100_BIN2;

在创建库时需要制定 MEMORY_OPTIMIZED_DATA文件组，用来保存checkpoint和delta文件，

创建的数据库只能使用BIN2排序规则，原生编译存储过程只能支持在这些规则上比较，排序，分组

添加MEMORY_OPTIMIZED_DATA到已有数据库

ALTER DATABASE AdventureWorks2012 ADD FILEGROUP hk_mod CONTAINS MEMORY_OPTIMIZED_DATA;

GO

ALTER DATABASE AdventureWorks2012 ADD FILE (NAME='hk_mod', FILENAME='c:\data\hk_mod')

TO FILEGROUP hk_mod;

GO

创建表

CREATE TABLE T1 (

[Name] varchar(32) not null PRIMARY KEY NONCLUSTERED HASH WITH (BUCKET_COUNT = 1024),

[City] varchar(32) null,

[LastModified] datetime not null,

) WITH (MEMORY_OPTIMIZED = ON, DURABILITY = SCHEMA_AND_DATA);

1. 创建内存优化表是需要注明，MEMORY_OPTIMIZED=ON，并设置持久性
2. BLOB的数据类型是不被支持的
3. 有2个持久性选项：1.SCHEMA_AND_DATA持久化数据和结构，2.SCHEMA_ONLY只持久化结构
4. 每个表至少有一个索引，会自动为主键约束创建索引，在创建索引是要指定hash索引的bucket_count
5. 创建表后，内存数据库引擎会自动加载用于DML的原生编译存储过程，像加载ddl一样
6. SQL Server 自身不操作内存数据库的数据，而是通过ddl来操作
7. 内存数据库的限制：1.没有触发器，2.没有外键和check，3.没有identity，4.没有主键以外的唯一索引5.最大8个索引，包括主键索引，9.不能通过alter table修改表结构，索引没有DDL，索引是和表一体的，作为表的一部分创建

存储
行

内存优化表使用内存字节地址，来代替磁盘区块地址，不想堆表，内存优化表的行并不是存放在一起的，而是通过一个标记，来指明是同一个索引

结构图

每行分为，行头和payload。

行头有begints（行插入时间），endts（行删除时间），stmtid（保存事务中的语句id），idxlinkcount（索引引用计数器，若为0，会被指向到垃圾回收器），最后面8个字节*索引个数，说明内存表的索引。

payload是数据区，包含key和所有其他列，所以hash索引都是覆盖索引。

Hash索引
hash索引是一组指针，每个组中的单元叫做hash bucket，index key通过hash计算把所有相同的hash值用同一个指针。

当索引被创建的时候，必须制定bucket大小，大小必须大于表中会产生的bucket大小，每个bucket都是使用内存的，并且是2的整数次幂，若设置的太多不但不会提升性能，然后会在扫描的时候降低性能。

数据操作
通过维护一个内部事务id（时间戳）来确定一个事务可见的行版本。

有三个时间需要留意：

1. Commit/End Time 每个事务数据被修改的时间都称为 Commit Time或者End Time
2. Valid Time 可用时间，由3部分组成，BeginTx（行版本插入时间），Endtx（行版本删除时间），在之间的就是可用时间
3. Logical Read Time 读时间可以是事务开始到现在的任何时间，只要行版本的可用时间可以覆盖读时间，那么行版本就是可读的，对于读提交之外的隔离级别读取时间是事务的开始时间，对于读提交读取时间是语句的执行时间。

隔离级别
内存数据库支持一下几种隔离级别：

1. 快照
2. 可持续读
3. 串行

只有在自动提交事务里面才能支持读提交隔离级别，显式事务或者隐式提交事务都不支持读提交隔离级别

当不访问硬盘表的自动提交事务可以支持读提交快照，当使用TSQL启用快照隔离级别，不能访问内存优化表，当使用TSQL使用串行隔离级别，要使用快照隔离级别访问访问内存优化表。

DML
删除：删除操作只会在endtx上写入一个时间戳，表示数据是否活跃，任何活动中的事务要访问这条数据，在时间戳范围内，都要看是否在该记录还是活跃。

插入/修改：修改操作时先插入后删除，任何写冲突的事务都会直接报错，修改完成后，要开始检查隔离级别，如果隔离级别不对，那么就回滚。任何修改都会被记入write set中，有个指针执行相关的行。

读取：以读取时间为时间点，读取可以覆盖读取时间的行

验证：因为内存数据库没有锁，所以要使用验证来保证一致性：

1. 快照隔离级别，commit出错，由2个以上插入同一个主键
2. 可持续读，读取的行，在提交前被另外一个事务修改
3. 串行，读取可用行出错，或者出现幻影，无法保证串行

TSQL支持

解释型TSQL
通过interop可以使用tsql访问内存优化表，性能比原生编译存储过程差，但是方便，易兼容。

不支持，truncate,merge,动态、键值游标，交叉数据库查询，交叉数据库事务，连接服务器，锁提示，READUNCOMMITTED,READCOMMITTED,READCOMMITTEDLOCK这几个隔离界别的提示，内存表类型和变量不支持。

原生编译存储过程
优点：可以执行的更快，有不少的限制，如数据类型和排序规则，不能用于访问硬盘表

缺点：兼容性差

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