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      Oracle數據庫SQL語句性能調整的基本原則

      一、問題的提出

       

      在應用系統開發初期,由于開發數據庫數據比較少,對于查詢SQL語句,復雜視圖的的編寫等體會不出SQL語句各種寫法的性能優劣,但是如果將應用系統提交實際應用后,隨著數據庫中數據的增加,系統的響應速度就成為目前系統需要解決的最主要的問題之一。系統優化中一個很重要的方面就是SQL語句的優化。對于海量數據,劣質SQL語句和優質SQL語句之間的速度差別可以達到上百倍,可見對于一個系統不是簡單地能實現其功能就可,而是要寫出高質量的SQL語句,提高系統的可用性。

       

      在多數情況下,Oracle使用索引來更快地遍歷表,優化器主要根據定義的索引來提高性能。但是,如果在SQL語句的where子句中寫的SQL代碼不合理,就會造成優化器刪去索引而使用全表掃描,一般就這種SQL語句就是所謂的劣質SQL語句。在編寫SQL語句時我們應清楚優化器根據何種原則來刪除索引,這有助于寫出高性能的SQL語句。

       

      二、SQL語句編寫注意問題

       

      下面就某些SQL語句的where子句編寫中需要注意的問題作詳細介紹。在這些where子句中,即使某些列存在索引,但是由于編寫了劣質的SQL,系統在運行該SQL語句時也不能使用該索引,而同樣使用全表掃描,這就造成了響應速度的極大降低。

       

      1. IS NULL 與 IS NOT NULL

       

      不能用null作索引,任何包含null值的列都將不會被包含在索引中。即使索引有多列這樣的情況下,只要這些列中有一列含有null,該列就會從索引中排除。也就是說如果某列存在空值,即使對該列建索引也不會提高性能。任何在where子句中使用is null或is not null的語句優化器是不允許使用索引的。

       

      2. 聯接列

       

      對于有聯接的列,即使最后的聯接值為一個靜態值,優化器是不會使用索引的。我們一起來看一個例子,假定有一個職工表(employee),對于一個職工的姓和名分成兩列存放(FIRST_NAME和LAST_NAME),現在要查詢一個叫比爾.克林頓(Bill Cliton)的職工。

       

      下面是一個采用聯接查詢的SQL語句:

      select * from employss

      where

      first_name||''||last_name ='Beill Cliton';

       

      上面這條語句完全可以查詢出是否有Bill Cliton這個員工,但是這里需要注意,系統優化器對基于last_name創建的索引沒有使用。

       

      當采用下面這種SQL語句的編寫,Oracle系統就可以采用基于last_name創建的索引。

       

       

      Select * from employee

      where

      first_name ='Beill' and last_name ='Cliton';

       

      遇到下面這種情況又如何處理呢?如果一個變量(name)中存放著Bill Cliton這個員工的姓名,對于這種情況我們又如何避免全程遍歷,使用索引呢?可以使用一個函數,將變量name中的姓和名分開就可以了,但是有一點需要注意,這個函數是不能作用在索引列上。下面是SQL查詢腳本:

      select * from employee

      where

      first_name = SUBSTR('&&name',1,INSTR('&&name',' ')-1)

      and

      last_name = SUBSTR('&&name',INSTR('&&name’,' ') 1)

       

      3. 帶通配符(%)的like語句

       

      同樣以上面的例子來看這種情況。目前的需求是這樣的,要求在職工表中查詢名字中包含cliton的人??梢圆捎萌缦碌牟樵僑QL語句:

       

       

      select * from employee where last_name like '%cliton%';

       

      這里由于通配符(%)在搜尋詞首出現,所以Oracle系統不使用last_name的索引。在很多情況下可能無法避免這種情況,但是一定要心中有底,通配符如此使用會降低查詢速度。然而當通配符出現在字符串其他位置時,優化器就能利用索引。在下面的查詢中索引得到了使用:

       

       

      select * from employee where last_name like 'c%';

       

       

       

      4. Order by語句

       

      ORDER BY語句決定了Oracle如何將返回的查詢結果排序。Order by語句對要排序的列沒有什么特別的限制,也可以將函數加入列中(象聯接或者附加等)。任何在Order by語句的非索引項或者有計算表達式都將降低查詢速度。

       

      仔細檢查order by語句以找出非索引項或者表達式,它們會降低性能。解決這個問題的辦法就是重寫order by語句以使用索引,也可以為所使用的列建立另外一個索引,同時應絕對避免在order by子句中使用表達式。

       

      5. NOT

       

      我們在查詢時經常在where子句使用一些邏輯表達式,如大于、小于、等于以及不等于等等,也可以使用and(與)、or(或)以及not(非)。NOT可用來對任何邏輯運算符號取反。下面是一個NOT子句的例子:

       

       

      ... where not (status ='VALID')

       

      如果要使用NOT,則應在取反的短語前面加上括號,并在短語前面加上NOT運算符。NOT運算符包含在另外一個邏輯運算符中,這就是不等于(<>)運算符。換句話說,即使不在查詢where子句中顯式地加入NOT詞,NOT仍在運算符中,見下例:

       

       

      ... where status <>'INVALID';

       

      再看下面這個例子:

       

       

      select * from employee where salary<>3000;

       

      對這個查詢,可以改寫為不使用NOT:

      select * from employee where salary<3000 or salary>3000;

       

      雖然這兩種查詢的結果一樣,但是第二種查詢方案會比第一種查詢方案更快些。第二種查詢允許Oracle對salary列使用索引,而第一種查詢則不能使用索引。

       

      6. IN和EXISTS

       

      有時候會將一列和一系列值相比較。最簡單的辦法就是在where子句中使用子查詢。在where子句中可以使用兩種格式的子查詢。

       

      第一種格式是使用IN操作符:

       

       

      ... where column in(select * from ... where ...);

       

      第二種格式是使用EXIST操作符:

       

       

      ... where exists (select 'X' from ...where ...);

       

      我相信絕大多數人會使用第一種格式,因為它比較容易編寫,而實際上第二種格式要遠比第一種格式的效率高。在Oracle中可以幾乎將所有的IN操作符子查詢改寫為使用EXISTS的子查詢。

       

      第二種格式中,子查詢以‘select 'X'開始。運用EXISTS子句不管子查詢從表中抽取什么數據它只查看where子句。這樣優化器就不必遍歷整個表而僅根據索引就可完成工作(這里假定在where語句中使用的列存在索引)。相對于IN子句來說,EXISTS使用相連子查詢,構造起來要比IN子查詢困難一些。

       

      通過使用EXIST,Oracle系統會首先檢查主查詢,然后運行子查詢直到它找到第一個匹配項,這就節省了時間。Oracle系統在執行IN子查詢時,首先執行子查詢,并將獲得的結果列表存放在在一個加了索引的臨時表中。在執行子查詢之前,系統先將主查詢掛起,待子查詢執行完畢,存放在臨時表中以后再執行主查詢。這也就是使用EXISTS比使用IN通常查詢速度快的原因。

       

      同時應盡可能使用NOT EXISTS來代替NOT IN,盡管二者都使用了NOT(不能使用索引而降低速度),NOT EXISTS要比NOT IN查詢效率更高。

       

      =====================================================

       

      Oracle的SQL調優是一個復雜的主題,甚至是需要整本書來介紹OracleSQL調優的細微差別。不過有一些基本的規則是每個OracleDBA都需要跟從的,這些規則可以改善他們系統的性能。SQL調優的目標是簡單的:

       

      消除不必要的大表全表搜索:不必要的全表搜索導致大量不必要的I/O,從而拖慢整個數據庫的性能。調優專家首先會根據查詢返回的行數目來評價SQL。在一個有序的表中,如果查詢返回少于40%的行,或者在一個無序的表中,返回少于7%的行,那么這個查詢都可以調整為使用一個索引來代替全表搜索。對于不必要的全表搜索來說,最常見的調優方法是增加索引??梢栽诒碇屑尤霕藴实腂樹索引,也可以加入bitmap和基于函數的索引。要決定是否消除一個全表搜索,你可以仔細檢查索引搜索的I/O開銷和全表搜索的開銷,它們的開銷和數據塊的讀取和可能的并行執行有關,并將兩者作對比。在一些情況下,一些不必要的全表搜索的消除可以通過強制使用一個index來達到,只需要在SQL語句中加入一個索引的提示就可以了。

      在全表搜索是一個最快的訪問方法時,將小表的全表搜索放到緩存中,調優專家應該確保有一個專門的數據緩沖用作行緩沖。在Oracle7中,你可以使用altertablexxxcache語句,在Oracle8或以上,小表可以被強制為放到KEEP池中緩沖。

       

      確保最優的索引使用:對于改善查詢的速度,這是特別重要的。有時Oracle可以選擇多個索引來進行查詢,調優專家必須檢查每個索引并且確保Oracle使用正確的索引。它還包括bitmap和基于函數的索引的使用。

       

      確保最優的JOIN操作:有些查詢使用NESTEDLOOPjoin快一些,有些則是HASHjoin快一些,另外一些則是sort-mergejoin更快。

       

      這些規則看來簡單,不過它們占SQL調優任務的100%,并且它們也無需完全懂得OracleSQL的內部運作。以下我們來簡單概覽以下OracleSQL的優化。

       

      我們首先簡要查看Oracle的排序,并且看一看排序操作是如何影響性能的。

       

      調整Oracle的排序操作

       

      排序是SQL語法中一個小的方面,但很重要,在Oracle的調整中,它常常被忽略。當使用createindex、ORDERBY或者GROUPBY的語句時,Oracle數據庫將會自動執行排序的操作。通常,在以下的情況下Oracle會進行排序的操作:

       

      使用Orderby的SQL語句

       

      使用Groupby的SQL語句

       

      在創建索引的時候

       

      進行tablejoin時,由于現有索引的不足而導致SQL優化器調用MERGESORT

       

      當與Oracle建立起一個session時,在內存中就會為該session分配一個私有的排序區域。如果該連接是一個專用的連接(dedicatedconnection),那么就會根據init.ora中sort_area_size參數的大小在內存中分配一個PRogramGlobalArea(PGA)。如果連接是通過多線程服務器建立的,那么排序的空間就在large_pool中分配。不幸的是,對于所有的session,用做排序的內存量都必須是一樣的,我們不能為需要更大排序的操作分配額外的排序區域。因此,設計胚必須作出一個平衡,在分配足夠的排序區域以避免發生大的排序任務時出現磁盤排序(disksorts)的同時,對于那些并不需要進行很大排序的任務,就會出現一些浪費。當然,當排序的空間需求超出了sort_area_size的大小時,這時將會在TEMP表空間中分頁進行磁盤排序。磁盤排序要比內存排序大概慢14,000倍。

       

      上面我們已經提到,私有排序區域的大小是有init.ora中的sort_area_size參數決定的。每個排序所占用的大小由init.ora中的sort_area_retained_size參數決定。當排序不能在分配的空間中完成時,就會使用磁盤排序的方式,即在Oracle實例中的臨時表空間中進行。

       

      磁盤排序的開銷是很大的,有幾個方面的原因。首先,和內存排序相比較,它們特別慢;而且磁盤排序會消耗臨時表空間中的資源。Oracle還必須分配緩沖池塊來保持臨時表空間中的塊。無論什么時候,內存排序都比磁盤排序好,磁盤排序將會令任務變慢,并且會影響Oracle實例的當前任務的執行。還有,過多的磁盤排序將會令freebufferwaits的值變高,從而令其它任務的數據塊由緩沖中移走。

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