简单介绍SQLServer中的自旋锁

为什么我们需要自旋锁？
用闩锁同步多个线程间数据结构访问，在每个共享数据结构前都放置一个闩锁没有意义的。闩锁与此紧密关联：当你不能获得闩锁（因为其他人已经有一个不兼容的闩锁拿到），查询就会强制等待，并进入挂起（SUSPENDED）状态。查询在挂起状态等待直到可以拿到闩锁，然后就会进入可执行（RUNNABLE）状态。对于查询执行只要没有可用的CPU，查询就一直在可执行（RUNNABLE）状态。一旦CPU有空闲，查询会进入运行（RUNNING）状态，最后成功获取到闩锁，用它来保护访问的共享数据结构。下图展示了SQLOS对协调线程调度实现的状态机。

因为太多关联的闩锁，对“忙碌”数据结构使用闩锁保护没有意义。因此SQL Server实现所谓 自旋锁（Spinlocks） 。自旋锁就像一个闩锁，存储引擎使用的一个轻量级同步对象，用来同步对共享数据结构线程访问。和闩锁的主要区别是你积极等待自旋锁——不离开CPU。在自旋锁上的“等待”总会发生在运行（RUNNING）状态的CPU。在你闭合循环里旋转直到获得自旋锁。这就是所谓的忙碌等待（busy wait）。自旋锁的最大优点是当查询在自旋锁上等待时，不会涉及到上下文切换。另一方面忙碌等待浪费CPU周期，其他查询也许能对它们更有效的使用。

为了避免太多的CPU周期浪费，SQL Server 2008 R2及后续版本实现所谓的 指数补偿机制（exponential backoff mechanism） ，那里在CPU上一些时间的休眠后，线程停止旋转。在线程进入休眠期间，增加了尝试获得自旋锁的超时。这个行为可以降低对CPU性能的影响。

（补充说明：Spinlock中文可以称为自旋锁。它是一个轻量级的，用户态的同步对象，和critical section类似，但是粒度比前者小多了。它主要用来保护某些特定的内存对象的多线程并发访问。Spinlock是排他性的。一次只能一个线程拥有。

Spinlock的设计目标是非常快和高效率。Spinlock内部如何工作呢？它首先试图获得某个对象的锁，如果目标被其它线程占有，就在那里轮询（spin）一定时间。如果还得不到锁，就sleep一小会，然后继续spin。反复这个过程直到得到对象的占有权。）

自旋锁与故障排除
对自旋锁故障排除的主要DMV是 sys.dm_os_spinlock_stats 。这个DMV里返回的每一行都代表SQL Server里的一个自旋锁。SQL Server 2014实现了262个不同自旋锁。我们来详细看下这个DMV里的各个列：

name ：自旋锁名称
collision ：当尝试访问保护的数据结构时，被自旋锁阻塞的线程次数
spins ：在循环里尝试获得自旋锁的自旋锁线程次数
spins_per_collision ：旋转和碰撞之间的比率
sleep_time ：因为退避线程休眠时间
backoffs ：为了其他线程在CPU上继续，线程退避次数
在这个DMV里最重要的列是backoffs，对于特定的自旋锁类型，这列告诉你退避发生频率。高频率的退避会屈服于CPU消耗引起SQL Server里的自旋锁竞争（Spinlock Contention）。我就见过一个32核的SQL Server服务器，CPU运行在100%而不进行任何工作——典型的自旋锁竞争症状。

对自旋锁问题进行故障排除你可以使用扩展事件提供的sqlos.spinlock_backoff。当退避（backoff）发生时，就会触发这个扩展事件。如果你捕获了这个事件，你还要保证你使用非常好的选择性谓语，因为在SQL Server里退避会经常发生。一个好的谓语可以是特定的自旋锁类型，通过刚才提到的DMV你已经看到。下列代码给你展示了如何创建这样的扩展事件会话。

 -- Retrieve the type value for the LOCK_HASH spinlock.
 -- That value is used by the next XEvent session
 SELECT * FROM sys.dm_xe_map_values
 WHERE name = 'spinlock_types'
 AND map_value = 'LOCK_HASH'
 GO
 
 -- Tracks the spinlock_backoff event
 CREATE EVENT SESSION SpinlockContention ON SERVER 
 ADD EVENT sqlos.spinlock_backoff
(
 ACTION
 (
  package0.callstack
 )
  WHERE
 (
  [type] = 129 -- <<< Value from the previous query
 )
) 
ADD TARGET package0.histogram
 (
  SET source = 'package0.callstack', source_type = 1
 )
 GO
 

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