内存中OLTP（Hekaton）里的事务日志记录

在今天的文章里，我想详细讨论下内存中OLTP里的事务日志如何写入事务日志。我们都知道，对于你的内存优化表（Memory Optimized Tables），内存中OLTP提供你2个持久性（durability）选项：

• SCHEMA_ONLY
• SCHEMA_AND_DATA

今天我不想更多讨论SCHEMA_ONLY，因为使用这个选项，在事务日志里没有发生任何日志（SQL Server 重启后你的数据会丢失）。今天我们会专门讲解下SCHEMA_AND_DATA选项的持久性。

SCHEMA_AND_DATA

使用SCHEMA_AND_DATA持久性选项，SQL Server必须记录你的事务到事务日志，因为每个内存中OLTP事务必须总是持久的。这个和传统基于硬盘表是一样的。但是内存中OLTP里写入事务日志比传统表更优化。内存中OLTP支持多个并发日志流（在SQL Server 2014里当前未实现），内存中OLTP只记录发生的逻辑事务（logical transaction）。

逻辑事务是什么意思呢？假设你有5个非聚集索引定义的聚集表。如果你往表里插入1条记录，SQL Server必须记录插入到聚集索引，还有5个额外的插入非聚集索引。在你表上定义的非聚集索引越多，SQL Server需要的日志越多。而且SQL Server只能和事务日志一样快。

使用内存中OLTP事情就变了。内存中OLTP，SQL Server只记录在你事务里发生的逻辑修改。SQL Server对在你哈希或范围索引里的修改不记录。因此1条日志记录只描述发生的逻辑INSERT/UPDATE/DELETE语句。结果是，内存中OLTP写入更少的数据到你的事务日志，因此你的事务可以更快的提交。

我们来验证它！

我想用1个简单的例子向你展示下，当你首先插入10000条记录到传统基于硬盘表（Disk Based Table），然后插入内存优化表（Memory Optimized Table），SQL Server会有多少的数据写入你的事务日志。下列代码创建1个简单表，在while循环里插入10000条记录。然后我用sys.fn_dblog系统函数（未文档公开）来看事务日志。

 -- Create a Disk Based table
 CREATE TABLE TestTable_DiskBased
 (
     Col1 INT NOT NULL PRIMARY KEY,
     Col2 VARCHAR(100) NOT NULL INDEX idx_Col2 NONCLUSTERED,
     Col3 VARCHAR(100) NOT NULL
 )
 GO

 -- Insert 10000 records into the table
 DECLARE @i INT = 0

 BEGIN TRANSACTION
 WHILE (@i < 10000)
 BEGIN
     INSERT INTO TestTable_DiskBased VALUES (@i, @i, @i)

     SET @i += 1
 END
 COMMIT
 GO

 -- SQL Server logged more than 20000 log records, because we have 2 indexes
 -- defined on the table (Clustered Index, Non-Clustered Index)
 SELECT * FROM sys.fn_dblog(NULL, NULL)
 WHERE PartitionId IN
 (
     SELECT partition_id FROM sys.partitions
     WHERE object_id = OBJECT_ID('TestTable_DiskBased')
 )
 GO

从系统函数的输出你可以看到，你有比20000多一点的日志记录。这是正确的，因为我们在表上有2个索引定义（1个聚集索引，1个非聚集索引）。

现在我们来看下用内存优化表（Memory Optimized Table）日志记录有啥改变。下列代码展示了为内存中OLTP数据库必备工作：我们只加了1个新的内存优化文件组（Memory Optimized File Group），给它加了个容器：

 --Add MEMORY_OPTIMIZED_DATA filegroup to the database.
 ALTER DATABASE InMemoryOLTP
 ADD FILEGROUP InMemoryOLTPFileGroup CONTAINS MEMORY_OPTIMIZED_DATA
 GO

 USE InMemoryOLTP
 GO

 -- Add a new file to the previously created file group
 ALTER DATABASE InMemoryOLTP ADD FILE
 (
     NAME = N'InMemoryOLTPContainer',
     FILENAME = N'C:\Program Files\Microsoft SQL Server\MSSQL12.MSSQLSERVER\MSSQL\DATA\InMemoryOLTPContainer'
 )
 TO FILEGROUP [InMemoryOLTPFileGroup]
 GO

下一步我创建了1个新的内存优化表（Memory Optimized Table）。这里我在哈希索引上选择了16384的桶数来避免哈希碰撞（hash collisions）的可能。另外我在Col2和Col3列上创建了2个范围索引（Range Indexes）。

 -- Creates a Memory Optimized table
 CREATE TABLE TestTable_MemoryOptimized
 (
     Col1 INT NOT NULL PRIMARY KEY NONCLUSTERED HASH WITH (BUCKET_COUNT = 16384),
     Col2 VARCHAR(100) COLLATE Latin1_General_100_Bin2 NOT NULL INDEX idx_Col2,
     Col3 VARCHAR(100) COLLATE Latin1_General_100_Bin2 NOT NULL INDEX idx_Col3
 ) WITH
 (
     MEMORY_OPTIMIZED = ON,
     DURABILITY = SCHEMA_AND_DATA
 )
 GO

在那个表上合计有3个索引（1个哈希索引（Hash Index）和2个范围索引（Range Indexes））。当你往表里插入10000条记录，传统表会生成近30000的日志记录——每个索引里每个插入1条日志。

 -- Copy out the highest 'Current LSN'
 SELECT * FROM sys.fn_dblog(NULL, NULL)
 GO

 -- Insert 10000 records into the table
 DECLARE @i INT = 0

 BEGIN TRANSACTION
 WHILE (@i < 10000)
 BEGIN
     INSERT INTO TestTable_MemoryOptimized VALUES (@i, @i, @i)

     SET @i += 1
 END
 COMMIT
 GO

 -- Just a few log records!
 SELECT * FROM sys.fn_dblog(NULL, NULL)
 WHERE [Current LSN] > '0000002f:000001c9:0032' -- Highest LSN from above
 GO

但现在当你看事务日志时，你会看到10000条插入只生成了很少日志记录——这里是17条！

魔法发生在LOP_HK日志记录里。在这个特定日志记录里，内存中OLTP捆绑了多个修改到你的内存优化表（Memory Optimized Table）。你也可以通过使用sys.fn_dblog_xtp系统函数分解LOP_HK日志记录：

 -- Let's look into a LOP_HK log record
 SELECT * FROM sys.fn_dblog_xtp(NULL, NULL)
 WHERE [Current LSN] > '0000002f:000001c9:0032' AND Operation = 'LOP_HK'
 GO

从图中你可以看到，内存中OLTP只生成了近10000条LOP_HK日志记录——在这个表上发生的每个逻辑插入对应1条记录。

小结

内存中OLTP提供你惊艳的性能提升，因为它是基于全新原理，例如MVCC和Lock-Free Data Structrues。另外它只生成少量事务日志记录，因为只有逻辑改变被记录写入事务日志。我希望这个文章已给你更好的理解：内存中OLTP如何提升你的事务日志吞吐量。

感谢关注！

参考文章：

https://www.sqlpassion.at/archive/2015/03/09/transaction-logging-memory-oltp-hekaton/