Foglalt adatbázissal kapcsolatos kizárási minták

A feldolgozás adatbázis-kiszolgálóra való kiszervezése azt okozhatja, hogy jelentős mennyiségű időt kell kód futtatására fordítani az adatok tárolására és lekérésére vonatkozó kérések megválaszolása helyett.

A probléma leírása

Számos adatbázisrendszer képes kódok futtatására. Ilyenek például a tárolt eljárások és az eseményindítók. Gyakran hatékonyabb ezt a feldolgozást az adatokhoz közel elvégezni ahelyett, hogy az adatokat egy ügyfélalkalmazásba továbbítanánk feldolgozás céljából. Ezen funkciók túlzott mértékű használata azonban csökkentheti a teljesítményt több okból is:

• Előfordulhat, hogy az adatbázis túl sok időt tölt a feldolgozással az új ügyfélkérések elfogadása és az adatok lekérése helyett.
• Az adatbázisok általában megosztott erőforrások, így magas kihasználtság esetén szűk keresztmetszet jöhet létre.
• Forgalmi díjas adattárak esetén a futtatókörnyezet költségei jelentősen megnövekedhetnek. Ez különösen igaz a felügyelt adatbázisokra. Például az Azure SQL Database Database Transaction Unit (DTU) egységek alapján számláz.
• Az adatbázisok vertikális felskálázási kapacitása véges, a horizontális felskálázás pedig nem egyértelmű. Emiatt érdemes lehet a feldolgozást áthelyezni egy olyan számítási erőforrásra, amelyet könnyű horizontálisan felskálázni, például egy virtuális gépre vagy egy App Service-alkalmazásra.

A kizárási minta jellemzően az alábbi okokból következhet be:

• Az adatbázis szolgáltatásnak minősül, nem adattárnak. Előfordulhat, hogy egy alkalmazás az adatbázist használja adatok formázásához (például XML formátumúra konvertálásához), sztringadatok módosításához vagy összetett számítások végrehajtásához.
• A fejlesztők olyan lekérdezéseket próbálnak írni, amelyek eredményei közvetlenül a felhasználók számára jelennek meg. Például lehet, hogy egy lekérdezés mezőket kombinál, vagy területi beállítás szerint formáz dátumokat, időpontokat és pénznemet.
• A fejlesztők megpróbálják kijavítani a Felesleges beolvasások kizárási mintát számítások az adatbázis számára való elküldésével.
• A tárolt eljárásokat tárolják az üzleti logikát, talán azért, mert könnyebb őket karbantartani és frissíteni.

A következő példa lekérdezi a 20 legértékesebb rendelést egy megadott értékesítési területre vonatkozóan, és az eredményeket XML-fájlként formázza. A példa Transact-SQL függvényeket használ az adatok elemzéséhez és az eredmények XML formátumúra konvertálásához. A teljes kódmintát itt találja.

SELECT TOP 20
  soh.[SalesOrderNumber]  AS '@OrderNumber',
  soh.[Status]            AS '@Status',
  soh.[ShipDate]          AS '@ShipDate',
  YEAR(soh.[OrderDate])   AS '@OrderDateYear',
  MONTH(soh.[OrderDate])  AS '@OrderDateMonth',
  soh.[DueDate]           AS '@DueDate',
  FORMAT(ROUND(soh.[SubTotal],2),'C')
                          AS '@SubTotal',
  FORMAT(ROUND(soh.[TaxAmt],2),'C')
                          AS '@TaxAmt',
  FORMAT(ROUND(soh.[TotalDue],2),'C')
                          AS '@TotalDue',
  CASE WHEN soh.[TotalDue] > 5000 THEN 'Y' ELSE 'N' END
                          AS '@ReviewRequired',
  (
  SELECT
    c.[AccountNumber]     AS '@AccountNumber',
    UPPER(LTRIM(RTRIM(REPLACE(
    CONCAT( p.[Title], ' ', p.[FirstName], ' ', p.[MiddleName], ' ', p.[LastName], ' ', p.[Suffix]),
    '  ', ' '))))         AS '@FullName'
  FROM [Sales].[Customer] c
    INNER JOIN [Person].[Person] p
  ON c.[PersonID] = p.[BusinessEntityID]
  WHERE c.[CustomerID] = soh.[CustomerID]
  FOR XML PATH ('Customer'), TYPE
  ),

  (
  SELECT
    sod.[OrderQty]      AS '@Quantity',
    FORMAT(sod.[UnitPrice],'C')
                        AS '@UnitPrice',
    FORMAT(ROUND(sod.[LineTotal],2),'C')
                        AS '@LineTotal',
    sod.[ProductID]     AS '@ProductId',
    CASE WHEN (sod.[ProductID] >= 710) AND (sod.[ProductID] <= 720) AND (sod.[OrderQty] >= 5) THEN 'Y' ELSE 'N' END
                        AS '@InventoryCheckRequired'

  FROM [Sales].[SalesOrderDetail] sod
  WHERE sod.[SalesOrderID] = soh.[SalesOrderID]
  ORDER BY sod.[SalesOrderDetailID]
  FOR XML PATH ('LineItem'), TYPE, ROOT('OrderLineItems')
  )

FROM [Sales].[SalesOrderHeader] soh
WHERE soh.[TerritoryId] = @TerritoryId
ORDER BY soh.[TotalDue] DESC
FOR XML PATH ('Order'), ROOT('Orders')

Természetesen ez egy összetett lekérdezés. Ahogyan azt a későbbiekben látni fogjuk, a lekérdezés jelentős mértékű feldolgozási erőforrást használ az adatbázis-kiszolgálón.

A probléma megoldása

Helyezze át a feldolgozást az adatbázis-kiszolgálóról más alkalmazásrétegekbe. Ideális esetben korlátoznia kell az adatbázist adatelérési műveletek végrehajtására, csak azokat a képességeket használva, amelyekre az adatbázis optimalizálva van, például egy relációs adatbázis-kezelő rendszerben (RDBMS) való összesítésre.

Például az előző Transact-SQL kód lecserélhető egy utasításra, amely egyszerűen lekéri a feldolgozandó adatokat.

SELECT
soh.[SalesOrderNumber]  AS [OrderNumber],
soh.[Status]            AS [Status],
soh.[OrderDate]         AS [OrderDate],
soh.[DueDate]           AS [DueDate],
soh.[ShipDate]          AS [ShipDate],
soh.[SubTotal]          AS [SubTotal],
soh.[TaxAmt]            AS [TaxAmt],
soh.[TotalDue]          AS [TotalDue],
c.[AccountNumber]       AS [AccountNumber],
p.[Title]               AS [CustomerTitle],
p.[FirstName]           AS [CustomerFirstName],
p.[MiddleName]          AS [CustomerMiddleName],
p.[LastName]            AS [CustomerLastName],
p.[Suffix]              AS [CustomerSuffix],
sod.[OrderQty]          AS [Quantity],
sod.[UnitPrice]         AS [UnitPrice],
sod.[LineTotal]         AS [LineTotal],
sod.[ProductID]         AS [ProductId]
FROM [Sales].[SalesOrderHeader] soh
INNER JOIN [Sales].[Customer] c ON soh.[CustomerID] = c.[CustomerID]
INNER JOIN [Person].[Person] p ON c.[PersonID] = p.[BusinessEntityID]
INNER JOIN [Sales].[SalesOrderDetail] sod ON soh.[SalesOrderID] = sod.[SalesOrderID]
WHERE soh.[TerritoryId] = @TerritoryId
AND soh.[SalesOrderId] IN (
    SELECT TOP 20 SalesOrderId
    FROM [Sales].[SalesOrderHeader] soh
    WHERE soh.[TerritoryId] = @TerritoryId
    ORDER BY soh.[TotalDue] DESC)
ORDER BY soh.[TotalDue] DESC, sod.[SalesOrderDetailID]

Az alkalmazás ezután a .NET-keretrendszerbeli System.Xml.Linq API-k használatával formázza az eredményeket XML-ként.

// Create a new SqlCommand to run the Transact-SQL query
using (var command = new SqlCommand(...))
{
    command.Parameters.AddWithValue("@TerritoryId", id);

    // Run the query and create the initial XML document
    using (var reader = await command.ExecuteReaderAsync())
    {
        var lastOrderNumber = string.Empty;
        var doc = new XDocument();
        var orders = new XElement("Orders");
        doc.Add(orders);

        XElement lineItems = null;
        // Fetch each row in turn, format the results as XML, and add them to the XML document
        while (await reader.ReadAsync())
        {
            var orderNumber = reader["OrderNumber"].ToString();
            if (orderNumber != lastOrderNumber)
            {
                lastOrderNumber = orderNumber;

                var order = new XElement("Order");
                orders.Add(order);
                var customer = new XElement("Customer");
                lineItems = new XElement("OrderLineItems");
                order.Add(customer, lineItems);

                var orderDate = (DateTime)reader["OrderDate"];
                var totalDue = (Decimal)reader["TotalDue"];
                var reviewRequired = totalDue > 5000 ? 'Y' : 'N';

                order.Add(
                    new XAttribute("OrderNumber", orderNumber),
                    new XAttribute("Status", reader["Status"]),
                    new XAttribute("ShipDate", reader["ShipDate"]),
                    ... // More attributes, not shown.

                    var fullName = string.Join(" ",
                        reader["CustomerTitle"],
                        reader["CustomerFirstName"],
                        reader["CustomerMiddleName"],
                        reader["CustomerLastName"],
                        reader["CustomerSuffix"]
                    )
                   .Replace("  ", " ") //remove double spaces
                   .Trim()
                   .ToUpper();

               customer.Add(
                    new XAttribute("AccountNumber", reader["AccountNumber"]),
                    new XAttribute("FullName", fullName));
            }

            var productId = (int)reader["ProductID"];
            var quantity = (short)reader["Quantity"];
            var inventoryCheckRequired = (productId >= 710 && productId <= 720 && quantity >= 5) ? 'Y' : 'N';

            lineItems.Add(
                new XElement("LineItem",
                    new XAttribute("Quantity", quantity),
                    new XAttribute("UnitPrice", ((Decimal)reader["UnitPrice"]).ToString("C")),
                    new XAttribute("LineTotal", RoundAndFormat(reader["LineTotal"])),
                    new XAttribute("ProductId", productId),
                    new XAttribute("InventoryCheckRequired", inventoryCheckRequired)
                ));
        }
        // Match the exact formatting of the XML returned from SQL
        var xml = doc
            .ToString(SaveOptions.DisableFormatting)
            .Replace(" />", "/>");
    }
}

Megfontolások

• Számos adatbázisrendszer nagy mértékben optimalizálva van bizonyos típusú adatfeldolgozások elvégzésére, például nagy méretű adatkészletekből aggregált értékek kiszámítására. Ezeket a feldolgozástípusokat ne helyezze át máshová az adatbázisból.

• Ne helyezze át a feldolgozási folyamatokat, ha emiatt az adatbázis hálózati adatátvitele nagy mértékben megnövekszik. Tekintse meg a Felesleges beolvasások kizárási mintát.

• Ha a feldolgozást egy alkalmazásrétegbe helyezi át, akkor lehet, hogy azt a réteget horizontálisan fel kell skálázni, hogy kezelni tudja a további munkamennyiséget.

A probléma észlelése

Foglalt adatbázist jelez többek között az adatbázist elérő műveletek átviteli sebességének és válaszidejének aránytalan romlása.

A következő lépések végrehajtásával azonosíthatja a problémát:

1. A teljesítménymonitorozás révén határozza meg, hogy az éles rendszer mennyi időt fordít az adatbázis-tevékenységek elvégzésére.

2. Vizsgálja meg az adatbázis által ezen idő alatt elvégzett feladatokat.

3. Ha arra gyanakszik, hogy bizonyos műveletek túl sok adatbázis-tevékenységet okoznak, végezzen terhelési teszteket ellenőrzött környezetben. Minden tesztben futtasson gyanús műveleteket változó felhasználói terheléssel. A terhelési tesztekből származó telemetria megvizsgálásával elemezze az adatbázis használatát.

4. Ha az adatbázis-tevékenység jelentős mennyiségű adatfeldolgozást, de kevés adatforgalmat jelez, tekintse át a forráskódot, és döntse el, hogy nem lenne-e jobb a feldolgozást máshol végezni.

Ha az adatbázis-tevékenység mennyisége alacsony, vagy a válaszidők viszonylag rövidek, akkor valószínűleg nincs foglalt adatbázis típusú teljesítményprobléma.

Diagnosztikai példa

Az alábbi szakaszokban ezeket a lépéseket hajtjuk végre a fentebb leírt mintaalkalmazáson.

Az adatbázis-tevékenység mértékének monitorozása

A következő diagram bemutatja egy mintaalkalmazás terhelési tesztjének eredményeit. A teszt lépéses terhelést használt legfeljebb 50 egyidejű felhasználóval. A kérések mennyisége hamar eléri a korlátot, és azon a szinten marad, miközben az átlagos válaszidő folyamatosan nő. A két metrika logaritmikus skálán jelenik meg.

Ezen a vonaldiagramon a felhasználói terhelés, a másodpercenkénti kérésszám és az átlagos válaszidő látható. A diagramon látható, hogy a terhelés növekedésével a válaszidő is nő.

A következő grafikon a processzorkihasználtságot és a DTU-k számát mutatja a szolgáltatási kvóta százalékában. A DTU-kkal mérhető, hogy az adatbázis mennyi feldolgozást végez. A grafikonon látható, hogy a processzor és a DTU-k kihasználtsága egyaránt gyorsan elérte a 100%-ot.

Ezen a vonaldiagramon a processzor- és a DTU-kihasználtság látható az idő függvényében. A diagramon látható, hogy mindkét mutató gyorsan eléri a 100%-os értéket.

Az adatbázis által elvégzett feladatok vizsgálata

Előfordulhat, hogy az adatbázis valódi adathozzáférési műveleteket végez, nem feldolgozást, ezért fontos megismerni az adatbázis foglalt állapota mellett futó SQL-utasításokat. A rendszer monitorozásával rögzítse az SQL forgalmi adatokat, és vesse össze az SQL-műveleteket az alkalmazáskérésekkel.

Ha az adatbázis műveletei tisztán adathozzáférési műveletek nagy mennyiségű feldolgozás nélkül, akkor a probléma okai felesleges beolvasások lehetnek.

A megoldás megvalósítása és az eredmény ellenőrzése

A következő grafikonon egy, a frissített kóddal végzett terhelési teszt látható. Az átviteli sebesség jóval magasabb, másodpercenként több mint 400 kérés a korábbi 12-vel szemben. Az átlagos válaszidő szintén sokkal alacsonyabb, alig több mint 0,1 másodperc a korábbi 4 másodperchez képest.

Ezen a vonaldiagramon a felhasználói terhelés, a másodpercenkénti kérésszám és az átlagos válaszidő látható. A diagramon látható, hogy a válaszidő nagyjából állandó marad a terhelési teszt során.

A processzor- és DTU-kihasználtság azt mutatja, hogy a rendszer hosszabb idő alatt érte el a telítettséget a megnövelt adatátviteli sebesség ellenére is.

Ezen a vonaldiagramon a processzor- és a DTU-kihasználtság látható az idő függvényében. A diagramon látható, hogy a processzor- és a DTU-kihasználtság a korábbinál lassabban éri el a 100%-ot.

Kapcsolódó erőforrások

• Felesleges beolvasások– kizárási minta