張學(xué)義，王觀玉，黃 雋

ZHANG Xue-yi，WANG Guan-yu，HUANG Jun

（黔南民族師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)系，都勻 558000）

0 引言

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的大型數(shù)據(jù)庫(kù)，其查詢性能直接關(guān)系到系統(tǒng)的運(yùn)行效率，對(duì)其查詢優(yōu)化方法的研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的增加，系統(tǒng)的響應(yīng)速度就成為目前系統(tǒng)需要解決的最主要的問(wèn)題之一，劣質(zhì)SQL語(yǔ)句和優(yōu)質(zhì)SQL語(yǔ)句之間的速度差別可以達(dá)到上百倍，可見(jiàn)對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單地能實(shí)現(xiàn)其功能就可，而是要寫出高質(zhì)量的SQL語(yǔ)句，提高系統(tǒng)的可用性和降低系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。傳統(tǒng)的Oracle SQL查詢優(yōu)化方法[1]是使用索引來(lái)更快地遍歷表，優(yōu)化器主要根據(jù)定義的索引來(lái)提高性能。但是，如果在SQL語(yǔ)句的where子句中寫的SQL代碼不合理，就會(huì)造成優(yōu)化器略去索引而使用全表掃描，導(dǎo)致查詢效率低下。

針對(duì)上述情況，提出了幾種SQL查詢語(yǔ)句優(yōu)化新策略：檢測(cè)分析影響系統(tǒng)響應(yīng)速度的SQL語(yǔ)句、共享SQL語(yǔ)句、使用表的別名、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)優(yōu)化、共享池的優(yōu)化、數(shù)據(jù)緩沖池的優(yōu)化，使得執(zhí)行SQL語(yǔ)句時(shí)優(yōu)化器根據(jù)優(yōu)化原則來(lái)合理使用索引，并盡可能減少磁盤I/O訪問(wèn)獲取所需要的數(shù)據(jù)，提高查詢性能。在數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化前后比較其評(píng)價(jià)指標(biāo)：響應(yīng)時(shí)間和吞吐量之間的權(quán)衡、數(shù)據(jù)庫(kù)的命中率以及內(nèi)存的使用效率，并以此來(lái)衡量?jī)?yōu)化的效果和指導(dǎo)優(yōu)化的方向。

1 Oracle優(yōu)化原理

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化的主要目標(biāo)就是減少磁盤I/O、減少CPU利用率和資源競(jìng)爭(zhēng)，降低查詢響應(yīng)時(shí)間或提高系統(tǒng)吞吐量。影響SQL性能的因素很多，如初始化參數(shù)設(shè)置不合理、導(dǎo)入了不準(zhǔn)確的系統(tǒng)及模式統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從而影響優(yōu)化程序（CBO）的正確判斷、未建立恰當(dāng)?shù)乃饕鹑頀呙?、多表連接時(shí)過(guò)濾條件位置不當(dāng)導(dǎo)致中間結(jié)果集包含了太多的無(wú)用記錄、未充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)提供的查詢并行化處理。

磁盤I/O[2]是影響Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)性能的瓶頸，主要原因有磁盤競(jìng)爭(zhēng)、I/O讀取次數(shù)和數(shù)據(jù)塊空間的分配管理不當(dāng)?shù)?。提高I/O設(shè)備的并發(fā)訪問(wèn)率，可以有效提高SQL語(yǔ)句的執(zhí)行效率。當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)增強(qiáng)的時(shí)候，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間將增長(zhǎng)。

用戶在編寫新的SQL語(yǔ)句，或者對(duì)應(yīng)用程序中存在疑問(wèn)的語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，其基本步驟為查找最消耗資源的語(yǔ)句，對(duì)這些語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化，使其占用更少的資源。利用SQL TRACE、SQL Analyze等工具，可以查出存在問(wèn)題的SQL語(yǔ)句。

SQL處理體系結(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)主要組件組成：解析程序、字典、優(yōu)化程序、SQL執(zhí)行，如下圖1所示：

解析程序、優(yōu)化程序共同組成了SQL編譯器。編譯器將SQL語(yǔ)句編譯成共享游標(biāo)，并與查詢計(jì)劃相關(guān)聯(lián)。解析程序執(zhí)行語(yǔ)法分析和語(yǔ)義分析。優(yōu)化程序是SQL處理引擎的核心。Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)支持兩種優(yōu)化方法：基于規(guī)則的優(yōu)化（RBO）和基于開(kāi)銷的優(yōu)化（CBO），本論文正是基于CBO方法設(shè)置優(yōu)化程序的方法和目標(biāo)，以及收集CBO的統(tǒng)計(jì)信息，對(duì)SQL語(yǔ)句進(jìn)行查詢優(yōu)化，獲得最佳吞吐量。

圖1 SQL處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存優(yōu)化方法

要充分發(fā)揮Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)，必須對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各項(xiàng)初始化參數(shù)進(jìn)行合理配置[3]。從Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存優(yōu)化管理的角度出發(fā)，針對(duì)影響其性能的因素及其對(duì)應(yīng)的參數(shù)，分別從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)優(yōu)化、共享池優(yōu)化、重做日志緩沖區(qū)優(yōu)化幾個(gè)方面完成內(nèi)存優(yōu)化配置。

SGA（系統(tǒng)全局區(qū)）是數(shù)據(jù)庫(kù)的工作區(qū)，它和Oracle進(jìn)程結(jié)合組成一個(gè)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例，管理數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，應(yīng)答用戶請(qǐng)求。SGA[4]有三個(gè)組成部分，即數(shù)據(jù)庫(kù)緩存區(qū)，共享池區(qū)以及日志緩存區(qū)，這些內(nèi)存區(qū)域由初始化文件initSID.ora中相應(yīng)的參數(shù)來(lái)配置，它們的性能效率也將受initSID.ora中各參數(shù)設(shè)置的影響。以DBA的身份連接到數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)執(zhí)行下列語(yǔ)句來(lái)獲取SGA設(shè)置信息：SQL＞select * from v$sga，并做相應(yīng)的調(diào)整。

1）共享池的優(yōu)化

共享池（shared pool）包括庫(kù)高速緩存、數(shù)據(jù)字典高速緩存，衡量這兩個(gè)緩存區(qū)性能的指標(biāo)主要是它們的命中率。共享池用LRU算法進(jìn)行管理，保證頻繁使用的代碼和數(shù)據(jù)字典能夠存于共享池中。數(shù)據(jù)字典命中率查詢：SQL＞select（1 -（sum（getmisses）/sum（gets）））* 100“Hit Ratio” from v$rowcache；查詢結(jié)果Hit Ratio為98.25588424。

若共享池的庫(kù)高速緩存和數(shù)據(jù)字典命中率低于95%，則可增大initSID.ora中shared_ pool_size的值。

2）日志緩沖區(qū)的優(yōu)化

日志緩沖區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改信息，大小由log_buffer確定，它必須是db_block_ size的整數(shù)倍。日志緩沖區(qū)的存在可以加快數(shù)據(jù)庫(kù)的操作速度，因?yàn)閮?nèi)存到內(nèi)存的操作比內(nèi)存到硬盤的速度快很多。SQL＞select n.name,gets,misses,immediate_gets，immediate_ misses from v$latch l,v$latchname n where n.name in（'redo allocation','redo copy'）and n.latch#=l.latch#；此查詢中redo allocation和redo copy的失敗率為0，如果計(jì)算結(jié)果大于1%，則需增大日志緩沖區(qū)的大小。

3 SQL查詢語(yǔ)句優(yōu)化新策略

SQL語(yǔ)句尤其是復(fù)雜SQL語(yǔ)句的性能優(yōu)化對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)的性能是至關(guān)重要的。在集中式數(shù)據(jù)庫(kù)中，SQL查詢的執(zhí)行總代價(jià)＝I/O代價(jià)＋CPU代價(jià)＋內(nèi)存代價(jià)。調(diào)整影響其執(zhí)行效率的三大因素來(lái)減少系統(tǒng)總代價(jià)：一是減少查詢所產(chǎn)生的I/O總次數(shù)；二是減少CPU的計(jì)算頻度，減少SQL語(yǔ)句中需要計(jì)算的量和參數(shù)；三是減少對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存的使用和占用時(shí)間。SQL語(yǔ)句優(yōu)化的一般步驟如下圖2所示：

首先我們要檢測(cè)出不合理的SQL語(yǔ)句，首先要生成執(zhí)行計(jì)劃，最簡(jiǎn)單的辦法有兩種：一是SQL＞set autotrace on自動(dòng)記錄執(zhí)行計(jì)劃；二是explain plan for ‘SQL語(yǔ)句’，然后通過(guò)select * from table（dbms_xplan.display（））來(lái)查看執(zhí)行計(jì)劃。第一種方法查看執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)的SQL語(yǔ)句時(shí)，需要等待該語(yǔ)句執(zhí)行成功后才返回執(zhí)行計(jì)劃。

在第一次解析之后，Oracle將SQL語(yǔ)句存放位在SGA共享池中，為所有的數(shù)據(jù)庫(kù)用戶共享，大大地提高了SQL的執(zhí)行性能并節(jié)省了內(nèi)存。當(dāng)用戶提交SQL語(yǔ)句時(shí)，服務(wù)器進(jìn)程在共享池中查找有無(wú)該條語(yǔ)句，如果有就跳過(guò)語(yǔ)法分析等過(guò)程，節(jié)省了SQL語(yǔ)句的分析和編譯的開(kāi)銷。只有在共享池中不存在等價(jià)SQL語(yǔ)句的情況下，才對(duì)該語(yǔ)句作語(yǔ)法分析，并為該語(yǔ)句分配新的共享SQL區(qū)。

圖2 SQL優(yōu)化的一般步驟

SQL優(yōu)化[6]的實(shí)質(zhì)就是在結(jié)果正確的前提下，充分利用索引，減少表掃描的I/O次數(shù)，選擇最有效的執(zhí)行計(jì)劃來(lái)執(zhí)行SQL語(yǔ)句的過(guò)程。下面的查詢優(yōu)化實(shí)例以EMP和DEPT表為查詢表，其中emp表有1204行記錄，dept有604行記錄。

1）select子句中避免使用*

Oracle在解析的過(guò)程中，通過(guò)查詢數(shù)據(jù)字典將*依次轉(zhuǎn)換成所有的列名，這將消耗更多的時(shí)間，降低了查詢速度。優(yōu)化例1如下表1所示：

表1 select子句中＊ 優(yōu)化

2）where子句中約束條件的順序

Oracle采用自下而上的順序解析where子句，因此表之間的連接必須寫在其他約束條件之前，將過(guò)濾掉最多記錄的條件寫在where子句的末尾，提高查詢效率。優(yōu)化例2如下表2所示：

表2 where子句約束條件優(yōu)化

3）用where子句替換having子句

where檢查每條記錄是否符合條件，通過(guò)其過(guò)濾條件減少系統(tǒng)開(kāi)銷。having子句檢查group by后的各組是否滿足條件，而Where子句在匯總之前就減少參加匯總的數(shù)據(jù)量，從而提高查詢速度。如果having子句應(yīng)用了匯總函數(shù)，則不能用Where代替。優(yōu)化例3如下表3所示：

表3 group by和having優(yōu)化

4）子查詢“展平”技術(shù)

子查詢“展平”指將子查詢轉(zhuǎn)變?yōu)檫B接、半連接，從而達(dá)到優(yōu)化查詢的目的。SQL首先計(jì)算位于外層查詢的from子句中關(guān)系的笛卡爾積，然后對(duì)該笛卡爾積的每個(gè)元組用where子句中的謂詞進(jìn)行過(guò)濾。因?yàn)樽硬樵円獙?duì)應(yīng)位于外層查詢的每一個(gè)元組進(jìn)行單獨(dú)的計(jì)算，從而導(dǎo)致大量的磁盤I/O操作，所以在實(shí)際應(yīng)用中，用連接查詢代替子查詢，提高查詢效率。

找出所有工資超過(guò)2000的雇員的那些部門編號(hào)和名稱。優(yōu)化例5如下表4所示：

表4 子查詢展平優(yōu)化

5）用union替換or（適用于索引列）

在where子句中or連接多個(gè)索引列，用union替換where子句中的or，可以顯著提高查詢效率。對(duì)索引列使用or將造成全表掃描，如果用or連接的列沒(méi)有被索引，查詢效率不會(huì)提高。union在進(jìn)行表連接后，對(duì)所產(chǎn)生的結(jié)果集進(jìn)行排序運(yùn)算，篩選掉重復(fù)的記錄再返回結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從影響SQL性能的最主要的幾個(gè)方面入手，提出了從磁盤I/O、系統(tǒng)內(nèi)存參數(shù)的調(diào)整和SQL查詢語(yǔ)句的優(yōu)化新策略，算法可行，效率較高，可以在實(shí)際中推廣應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SQL語(yǔ)句的優(yōu)化使運(yùn)算速度加快，有效減少執(zhí)行時(shí)間，提高響應(yīng)速度，優(yōu)化效果理想，因此，本文提出的Oracle SQL查詢優(yōu)化方法是一種有效的數(shù)據(jù)庫(kù)性能調(diào)優(yōu)方法。

數(shù)據(jù)庫(kù)的性能調(diào)整是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要在大量的實(shí)踐工作中不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合上述各種優(yōu)化技術(shù)，更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)優(yōu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索性能的提高。

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