實(shí)例講解MySQL數(shù)據(jù)庫的查詢優(yōu)化技術(shù)(轉(zhuǎn))
實(shí)例講解MySQL數(shù)據(jù)庫的查詢優(yōu)化技術(shù)(轉(zhuǎn))[@more@] 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是管理信息系統(tǒng)的核心，基于數(shù)據(jù)庫的聯(lián)機(jī)事務(wù)處理（OLTP）以及聯(lián)機(jī)分析處理(OLAP)是銀行、企業(yè)、政府等部門最為重要的計(jì)算機(jī)應(yīng)用之一。 從大多數(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例來看，查詢操作在各種數(shù)據(jù)庫操作中所占據(jù)的比重最大，而查詢操作所基于的SELECT語句在SQL語句中又是代價(jià)最大的語句。舉例來說，如果數(shù)據(jù)的量積累到一定的程度，比如一個(gè)銀行的賬戶數(shù)據(jù)庫表信息積累到上百萬甚至上千萬條記錄，全表掃描一次往往需要數(shù)十分鐘，甚至數(shù)小時(shí)。如果采用比全表掃描更好的查詢策略，往往可以使查詢時(shí)間降為幾分鐘，由此可見查詢優(yōu)化技術(shù)的重要性。
筆者在應(yīng)用項(xiàng)目的實(shí)施中發(fā)現(xiàn)，許多程序員在利用一些前端數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具（如PowerBuilder、Delphi等）開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序時(shí)，只注重用戶界面的華麗，并不重視查詢語句的效率問題，導(dǎo)致所開發(fā)出來的應(yīng)用系統(tǒng)效率低下，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，如何設(shè)計(jì)高效合理的查詢語句就顯得非常重要。本文以應(yīng)用實(shí)例為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫理論，介紹查詢優(yōu)化技術(shù)在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的運(yùn)用。
分析問題
許多程序員認(rèn)為查詢優(yōu)化是DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）的任務(wù)，與程序員所編寫的SQL語句關(guān)系不大，這是錯(cuò)誤的。一個(gè)好的查詢計(jì)劃往往可以使程序性能提高數(shù)十倍。查詢計(jì)劃是用戶所提交的SQL語句的集合，查詢規(guī)劃是經(jīng)過優(yōu)化處理之后所產(chǎn)生的語句集合。DBMS處理查詢計(jì)劃的過程是這樣的：在做完查詢語句的詞法、語法檢查之后，將語句提交給DBMS的查詢優(yōu)化器，優(yōu)化器做完代數(shù)優(yōu)化和存取路徑的優(yōu)化之后，由預(yù)編譯模塊對(duì)語句進(jìn)行處理并生成查詢規(guī)劃，然后在合適的時(shí)間提交給系統(tǒng)處理執(zhí)行，最后將執(zhí)行結(jié)果返回給用戶。在實(shí)際的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品(如Oracle、Sybase等)的高版本中都是采用基于代價(jià)的優(yōu)化方法，這種優(yōu)化能根據(jù)從系統(tǒng)字典表所得到的信息來估計(jì)不同的查詢規(guī)劃的代價(jià)，然后選擇一個(gè)較優(yōu)的規(guī)劃。雖然現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品在查詢優(yōu)化方面已經(jīng)做得越來越好，但由用戶提交的SQL語句是系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)，很難設(shè)想一個(gè)原本糟糕的查詢計(jì)劃經(jīng)過系統(tǒng)的優(yōu)化之后會(huì)變得高效，因此用戶所寫語句的優(yōu)劣至關(guān)重要。系統(tǒng)所做查詢優(yōu)化我們暫不討論，下面重點(diǎn)說明改善用戶查詢計(jì)劃的解決方案。
解決問題
下面以關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Informix為例，介紹改善用戶查詢計(jì)劃的方法。
1．合理使用索引
索引是數(shù)據(jù)庫中重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它的根本目的就是為了提高查詢效率?，F(xiàn)在大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品都采用IBM最先提出的ISAM索引結(jié)構(gòu)。索引的使用要恰到好處，其使用原則如下：
●在經(jīng)常進(jìn)行連接，但是沒有指定為外鍵的列上建立索引，而不經(jīng)常連接的字段則由優(yōu)化器自動(dòng)生成索引。
●在頻繁進(jìn)行排序或分組（即進(jìn)行g(shù)roup by或order by操作）的列上建立索引。
●在條件表達(dá)式中經(jīng)常用到的不同值較多的列上建立檢索，在不同值少的列上不要建立索引。比如在雇員表的“性別”列上只有“男”與“女”兩個(gè)不同值，因此就無必要建立索引。如果建立索引不但不會(huì)提高查詢效率，反而會(huì)嚴(yán)重降低更新速度。
●如果待排序的列有多個(gè)，可以在這些列上建立復(fù)合索引（compound index）。
●使用系統(tǒng)工具。如Informix數(shù)據(jù)庫有一個(gè)tbcheck工具，可以在可疑的索引上進(jìn)行檢查。在一些數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，索引可能失效或者因?yàn)轭l繁操作而使得讀取效率降低，如果一個(gè)使用索引的查詢不明不白地慢下來，可以試著用tbcheck工具檢查索引的完整性，必要時(shí)進(jìn)行修復(fù)。另外，當(dāng)數(shù)據(jù)庫表更新大量數(shù)據(jù)后，刪除并重建索引可以提高查詢速度。
2．避免或簡(jiǎn)化排序
應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)化或避免對(duì)大型表進(jìn)行重復(fù)的排序。當(dāng)能夠利用索引自動(dòng)以適當(dāng)?shù)拇涡虍a(chǎn)生輸出時(shí)，優(yōu)化器就避免了排序的步驟。以下是一些影響因素：
●索引中不包括一個(gè)或幾個(gè)待排序的列；
●group by或order by子句中列的次序與索引的次序不一樣；
●排序的列來自不同的表。
為了避免不必要的排序，就要正確地增建索引，合理地合并數(shù)據(jù)庫表（盡管有時(shí)可能影響表的規(guī)范化，但相對(duì)于效率的提高是值得的）。如果排序不可避免，那么應(yīng)當(dāng)試圖簡(jiǎn)化它，如縮小排序的列的范圍等。
3．消除對(duì)大型表行數(shù)據(jù)的順序存取
在嵌套查詢中，對(duì)表的順序存取對(duì)查詢效率可能產(chǎn)生致命的影響。比如采用順序存取策略，一個(gè)嵌套3層的查詢，如果每層都查詢1000行，那么這個(gè)查詢就要查詢10億行數(shù)據(jù)。避免這種情況的主要方法就是對(duì)連接的列進(jìn)行索引。例如，兩個(gè)表：學(xué)生表（學(xué)號(hào)、姓名、年齡……）和選課表（學(xué)號(hào)、課程號(hào)、成績(jī)）。如果兩個(gè)表要做連接，就要在“學(xué)號(hào)”這個(gè)連接字段上建立索引。
還可以使用并集來避免順序存取。盡管在所有的檢查列上都有索引，但某些形式的where子句強(qiáng)迫優(yōu)化器使用順序存取。下面的查詢將強(qiáng)迫對(duì)orders表執(zhí)行順序操作：
筆者在應(yīng)用項(xiàng)目的實(shí)施中發(fā)現(xiàn)，許多程序員在利用一些前端數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具（如PowerBuilder、Delphi等）開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序時(shí)，只注重用戶界面的華麗，并不重視查詢語句的效率問題，導(dǎo)致所開發(fā)出來的應(yīng)用系統(tǒng)效率低下，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，如何設(shè)計(jì)高效合理的查詢語句就顯得非常重要。本文以應(yīng)用實(shí)例為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫理論，介紹查詢優(yōu)化技術(shù)在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的運(yùn)用。
分析問題
許多程序員認(rèn)為查詢優(yōu)化是DBMS（數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）的任務(wù)，與程序員所編寫的SQL語句關(guān)系不大，這是錯(cuò)誤的。一個(gè)好的查詢計(jì)劃往往可以使程序性能提高數(shù)十倍。查詢計(jì)劃是用戶所提交的SQL語句的集合，查詢規(guī)劃是經(jīng)過優(yōu)化處理之后所產(chǎn)生的語句集合。DBMS處理查詢計(jì)劃的過程是這樣的：在做完查詢語句的詞法、語法檢查之后，將語句提交給DBMS的查詢優(yōu)化器，優(yōu)化器做完代數(shù)優(yōu)化和存取路徑的優(yōu)化之后，由預(yù)編譯模塊對(duì)語句進(jìn)行處理并生成查詢規(guī)劃，然后在合適的時(shí)間提交給系統(tǒng)處理執(zhí)行，最后將執(zhí)行結(jié)果返回給用戶。在實(shí)際的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品(如Oracle、Sybase等)的高版本中都是采用基于代價(jià)的優(yōu)化方法，這種優(yōu)化能根據(jù)從系統(tǒng)字典表所得到的信息來估計(jì)不同的查詢規(guī)劃的代價(jià)，然后選擇一個(gè)較優(yōu)的規(guī)劃。雖然現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品在查詢優(yōu)化方面已經(jīng)做得越來越好，但由用戶提交的SQL語句是系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)，很難設(shè)想一個(gè)原本糟糕的查詢計(jì)劃經(jīng)過系統(tǒng)的優(yōu)化之后會(huì)變得高效，因此用戶所寫語句的優(yōu)劣至關(guān)重要。系統(tǒng)所做查詢優(yōu)化我們暫不討論，下面重點(diǎn)說明改善用戶查詢計(jì)劃的解決方案。
解決問題
下面以關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Informix為例，介紹改善用戶查詢計(jì)劃的方法。
1．合理使用索引
索引是數(shù)據(jù)庫中重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它的根本目的就是為了提高查詢效率?，F(xiàn)在大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品都采用IBM最先提出的ISAM索引結(jié)構(gòu)。索引的使用要恰到好處，其使用原則如下：
●在經(jīng)常進(jìn)行連接，但是沒有指定為外鍵的列上建立索引，而不經(jīng)常連接的字段則由優(yōu)化器自動(dòng)生成索引。
●在頻繁進(jìn)行排序或分組（即進(jìn)行g(shù)roup by或order by操作）的列上建立索引。
●在條件表達(dá)式中經(jīng)常用到的不同值較多的列上建立檢索，在不同值少的列上不要建立索引。比如在雇員表的“性別”列上只有“男”與“女”兩個(gè)不同值，因此就無必要建立索引。如果建立索引不但不會(huì)提高查詢效率，反而會(huì)嚴(yán)重降低更新速度。
●如果待排序的列有多個(gè)，可以在這些列上建立復(fù)合索引（compound index）。
●使用系統(tǒng)工具。如Informix數(shù)據(jù)庫有一個(gè)tbcheck工具，可以在可疑的索引上進(jìn)行檢查。在一些數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，索引可能失效或者因?yàn)轭l繁操作而使得讀取效率降低，如果一個(gè)使用索引的查詢不明不白地慢下來，可以試著用tbcheck工具檢查索引的完整性，必要時(shí)進(jìn)行修復(fù)。另外，當(dāng)數(shù)據(jù)庫表更新大量數(shù)據(jù)后，刪除并重建索引可以提高查詢速度。
2．避免或簡(jiǎn)化排序
應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)化或避免對(duì)大型表進(jìn)行重復(fù)的排序。當(dāng)能夠利用索引自動(dòng)以適當(dāng)?shù)拇涡虍a(chǎn)生輸出時(shí)，優(yōu)化器就避免了排序的步驟。以下是一些影響因素：
●索引中不包括一個(gè)或幾個(gè)待排序的列；
●group by或order by子句中列的次序與索引的次序不一樣；
●排序的列來自不同的表。
為了避免不必要的排序，就要正確地增建索引，合理地合并數(shù)據(jù)庫表（盡管有時(shí)可能影響表的規(guī)范化，但相對(duì)于效率的提高是值得的）。如果排序不可避免，那么應(yīng)當(dāng)試圖簡(jiǎn)化它，如縮小排序的列的范圍等。
3．消除對(duì)大型表行數(shù)據(jù)的順序存取
在嵌套查詢中，對(duì)表的順序存取對(duì)查詢效率可能產(chǎn)生致命的影響。比如采用順序存取策略，一個(gè)嵌套3層的查詢，如果每層都查詢1000行，那么這個(gè)查詢就要查詢10億行數(shù)據(jù)。避免這種情況的主要方法就是對(duì)連接的列進(jìn)行索引。例如，兩個(gè)表：學(xué)生表（學(xué)號(hào)、姓名、年齡……）和選課表（學(xué)號(hào)、課程號(hào)、成績(jī)）。如果兩個(gè)表要做連接，就要在“學(xué)號(hào)”這個(gè)連接字段上建立索引。
還可以使用并集來避免順序存取。盡管在所有的檢查列上都有索引，但某些形式的where子句強(qiáng)迫優(yōu)化器使用順序存取。下面的查詢將強(qiáng)迫對(duì)orders表執(zhí)行順序操作：
