唯一索引更新和统计行修改计数器

Question

给定下表、唯一聚集索引和统计信息：

CREATE TABLE dbo.Banana
(
    pk integer NOT NULL, 
    c1 char(1) NOT NULL, 
    c2 char(1) NOT NULL
);

CREATE UNIQUE CLUSTERED INDEX pk ON dbo.Banana (pk);

CREATE STATISTICS c1 ON dbo.Banana (c1);
CREATE STATISTICS c2 ON dbo.Banana (c2);

INSERT dbo.Banana 
    (pk, c1, c2) 
VALUES 
    (1, 'A', 'W'), 
    (2, 'B', 'X'), 
    (3, 'C', 'Y'), 
    (4, 'D', 'Z');

-- Populate statistics
UPDATE STATISTICS dbo.Banana;

在任何更新之前，统计行修改计数器显然显示为零：

-- Show statistics modification counters
SELECT
    stats_name = S.[name], 
    DDSP.stats_id,
    DDSP.[rows],
    DDSP.modification_counter
FROM sys.stats AS S
CROSS APPLY sys.dm_db_stats_properties(S.object_id, S.stats_id) AS DDSP
WHERE
    S.[object_id] = OBJECT_ID(N'dbo.Banana', N'U');

pk为每一行将每列值加一：

-- Increment pk in every row
UPDATE dbo.Banana 
SET pk += 1;

使用执行计划：

它产生以下统计修改计数器：

问题

1. 拆分、排序和折叠运算符有什么作用？
2. 为什么在pk统计数据显示2次修改，但c1并c2显示5？

Answer 1

在将唯一索引作为影响（或可能影响）多行的更新的一部分维护唯一索引时，SQL Server 始终使用拆分、排序和折叠运算符的组合。

通过问题中的示例，我们可以将更新编写为存在的四行中的每一行的单独单行更新：

-- Per row updates
UPDATE dbo.Banana SET pk = 2 WHERE pk = 1;
UPDATE dbo.Banana SET pk = 3 WHERE pk = 2;
UPDATE dbo.Banana SET pk = 4 WHERE pk = 3;
UPDATE dbo.Banana SET pk = 5 WHERE pk = 4;

问题是第一条语句会失败，因为它pk从 1 变为 2，并且已经有一行 where pk= 2。SQL Server 存储引擎要求唯一索引在处理的每个阶段保持唯一，即使在单个语句中. 这就是 Split、Sort 和 Collapse 解决的问题。

分裂

第一步是将每个更新语句拆分为一个删除，然后是一个插入：

DELETE dbo.Banana WHERE pk = 1;
INSERT dbo.Banana (pk, c1, c2) VALUES (2, 'A', 'W');

DELETE dbo.Banana WHERE pk = 2;
INSERT dbo.Banana (pk, c1, c2) VALUES (3, 'B', 'X');

DELETE dbo.Banana WHERE pk = 3;
INSERT dbo.Banana (pk, c1, c2) VALUES (4, 'C', 'Y');

DELETE dbo.Banana WHERE pk = 4;
INSERT dbo.Banana (pk, c1, c2) VALUES (5, 'D', 'Z');

Split 运算符向流中添加一个操作代码列（此处标记为 Act1007）：

操作代码是 1 表示更新，3 表示删除，4 表示插入。

种类

上面的拆分语句仍然会产生错误的瞬时唯一键违规，因此下一步是按正在更新的唯一索引的键（pk在本例中），然后按操作代码对语句进行排序。对于此示例，这仅意味着同一键上的删除 (3) 在插入 (4) 之前排序。结果顺序是：

-- Sort (pk, action)
DELETE dbo.Banana WHERE pk = 1;
DELETE dbo.Banana WHERE pk = 2;
INSERT dbo.Banana (pk, c1, c2) VALUES (2, 'A', 'W');
DELETE dbo.Banana WHERE pk = 3;
INSERT dbo.Banana (pk, c1, c2) VALUES (3, 'B', 'X');
DELETE dbo.Banana WHERE pk = 4;
INSERT dbo.Banana (pk, c1, c2) VALUES (4, 'C', 'Y');
INSERT dbo.Banana (pk, c1, c2) VALUES (5, 'D', 'Z');

坍塌

前面的阶段足以保证在所有情况下都避免错误的唯一性违规。作为一种优化，Collapse 将相同键值上的相邻删除和插入合并为一个更新：

-- Collapse (pk)
DELETE dbo.Banana WHERE pk = 1;
UPDATE dbo.Banana SET c1 = 'A', c2 = 'W' WHERE pk = 2;
UPDATE dbo.Banana SET c1 = 'B', c2 = 'X' WHERE pk = 3;
UPDATE dbo.Banana SET c1 = 'C', c2 = 'Y' WHERE pk = 4;
INSERT dbo.Banana (pk, c1, c2) VALUES (5, 'D', 'Z');

pk值 2、3 和 4的删除/插入对已组合成一个更新，在pk= 1上留下单个删除，为pk= 5留下一个插入。

Collapse 运算符按关键列对行进行分组，并更新操作代码以反映折叠结果：

聚集索引更新

这个运算符被标记为更新，但它能够插入、更新和删除。每行的聚集索引更新采取的操作由该行中的操作代码的值确定。操作符有一个 Action 属性来反映这种操作模式：

行修改计数器

请注意，上述三个更新不会修改正在维护的唯一索引的键。实际上，我们已将索引中键列的更新转换为非键列（c1和c2）的更新，加上删除和插入。删除和插入都不会导致错误的唯一键冲突。

插入或删除会影响行中的每一列，因此与每一列相关的统计信息将增加其修改计数器。对于更新，只有将任何更新列作为前导列的统计信息才会增加其修改计数器（即使值未更改）。

因此，统计行修改计数器显示2个改变pk，和5c1和c2：

-- Collapse (pk)
DELETE dbo.Banana WHERE pk = 1;                         -- All columns modified
UPDATE dbo.Banana SET c1 = 'A', c2 = 'W' WHERE pk = 2;  -- c1 and c2 modified
UPDATE dbo.Banana SET c1 = 'B', c2 = 'X' WHERE pk = 3;  -- c1 and c2 modified
UPDATE dbo.Banana SET c1 = 'C', c2 = 'Y' WHERE pk = 4;  -- c1 and c2 modified
INSERT dbo.Banana (pk, c1, c2) VALUES (5, 'D', 'Z');    -- All columns modified

注意：只有应用于基础对象（堆或聚集索引）的更改会影响统计信息行修改计数器。非聚集索引是二级结构，反映已经对基础对象进行的更改。它们根本不影响统计行修改计数器。

如果对象具有多个唯一索引，则使用单独的拆分、排序、折叠组合来组织对每个索引的更新。SQL Server 通过将 Split 的结果保存到 Eager Table Spool，然后为每个唯一索引重放该集（将有自己的按索引键 + 操作代码排序和折叠）来优化非聚集索引的这种情况。

对统计更新的影响

当查询优化器需要统计信息并注意到现有统计信息已过期（或由于架构更改而无效）时，会发生自动统计信息更新（如果启用）。当记录的修改数量超过阈值时，统计数据被视为过时。

分流/排序/折叠排列结果不同行的修改被记录比预期的。这反过来意味着统计更新可能会比其他情况迟早触发。

在上面的示例中，键列的行修改增加了 2（净更改）而不是 4（每个受影响的表行一个）或 5 个（每个由折叠产生的删除/更新/插入一个）。

此外，原始查询在逻辑上未更改的非键列会累积行修改，其数量可能是更新的表行的两倍（每次删除一个，每次插入一个）。

记录的更改数量取决于旧键列值和新键列值之间的重叠程度（因此可以折叠单独的删除和插入的程度）。在每次执行之间重置表，以下查询演示了对具有不同重叠的行修改计数器的影响：

UPDATE dbo.Banana SET pk = pk + 0; -- Full overlap

UPDATE dbo.Banana SET pk = pk + 1;

UPDATE dbo.Banana SET pk = pk + 2;

UPDATE dbo.Banana SET pk = pk + 3;

UPDATE dbo.Banana SET pk = pk + 4; -- No overlap