教你從應(yīng)用程序來(lái)優(yōu)化Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)
2024-08-29 13:34:01
供稿：網(wǎng)友
一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的生命周期可以分成設(shè)計(jì)、開發(fā)和成品三個(gè)階段。在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化的成本最低，收益最大。在成品階段進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化的成本最高，收益最小。數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)化可以通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)和應(yīng)用程序的優(yōu)化來(lái)進(jìn)行。 最常見的優(yōu)化手段就是對(duì)硬件的升級(jí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化所獲得的性能提升，全部加起來(lái)只占數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)性能提升的40%左右，其余的60%系統(tǒng)性能提升來(lái)自對(duì)應(yīng)用程序的優(yōu)化。許多優(yōu)化專家認(rèn)為，對(duì)應(yīng)用程序的優(yōu)化可以得到80%的系統(tǒng)性能的提升。數(shù)據(jù)庫(kù)性能的優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其性能直接影響應(yīng)用程序的性能。數(shù)據(jù)庫(kù)性能包括存儲(chǔ)空間需求量的大小和查詢響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短兩個(gè)方面。為了優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)性能，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的表進(jìn)行規(guī)范化。規(guī)范化的范式可分為第一范式、第二范式、第三范式、BCNF范式、第四范式和第五范式。一般來(lái)說(shuō)，邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)會(huì)滿足規(guī)范化的前3級(jí)標(biāo)準(zhǔn),但由于滿足第三范式的表結(jié)構(gòu)輕易維護(hù)且基本滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。因此，實(shí)際應(yīng)用中一般都按照第三范式的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范化。但是，規(guī)范化也有缺點(diǎn)：由于將一個(gè)表拆分成為多個(gè)表，在查詢時(shí)需要多表連接，降低了查詢速度。 由于規(guī)范化有可能導(dǎo)致查詢速度慢的缺點(diǎn)，考慮到一些應(yīng)用需要較快的響應(yīng)速度，在設(shè)計(jì)表時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮對(duì)某些表進(jìn)行反規(guī)范化。反規(guī)范化可以采用以下幾種方法： 1.分割表 分割表包括水平分割和垂直分割。 水平分割是按照行將一個(gè)表分割為多個(gè)表，這可以提高每個(gè)表的查詢速度，但查詢、更新時(shí)要選擇不同的表，統(tǒng)計(jì)時(shí)要匯總多個(gè)表，因此應(yīng)用程序會(huì)更復(fù)雜。 垂直分割是對(duì)于一個(gè)列很多的表，若某些列的訪問(wèn)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它列，就可以將主鍵和這些列作為一個(gè)表，將主鍵和其它列作為另外一個(gè)表。通過(guò)減少列的寬度，增加了每個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)的行數(shù)，一次I/O就可以掃描更多的行，從而提高了訪問(wèn)每一個(gè)表的速度。但是由于造成了多表連接，所以應(yīng)該在同時(shí)查詢或更新不同分割表中的列的情況比較少的情況下使用。 2.保留冗余列 當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)表在查詢中經(jīng)常需要連接時(shí)，可以在其中一個(gè)表上增加若干冗余的列，以避免表之間的連接過(guò)于頻繁。由于對(duì)冗余列的更新操作必須對(duì)多個(gè)表同步進(jìn)行，所以一般在冗余列的數(shù)據(jù)不經(jīng)常變動(dòng)的情況下使用。 3.增加派生列 派生列是由表中的其它多個(gè)列計(jì)算所得，增加派生列可以減少統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，在數(shù)據(jù)匯總時(shí)可以大大縮短運(yùn)算時(shí)間。 應(yīng)用程序性能的優(yōu)化 應(yīng)用程序的優(yōu)化通常可分為兩個(gè)方面：源代碼和SQL語(yǔ)句。由于涉及到對(duì)程序邏輯的改變，源代碼的優(yōu)化在時(shí)間成本和風(fēng)險(xiǎn)上代價(jià)很高，而對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)性能的提升收效有限，因此應(yīng)用程序的優(yōu)化應(yīng)著重在SQL語(yǔ)句的優(yōu)化。對(duì)于海量數(shù)據(jù)，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，可見對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單地能實(shí)現(xiàn)其功能就行，而是要寫出高質(zhì)量的SQL語(yǔ)句，提高系統(tǒng)的可用性。 下面就某些SQL語(yǔ)句的where子句編寫中需要注重的問(wèn)題作具體介紹。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(zhì)的SQL，系統(tǒng)在運(yùn)行該SQL語(yǔ)句時(shí)也不能使用該索引，而同樣使用全表掃描，這就造成了響應(yīng)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(huì)被包含在索引中。即使索引有多列的情況下，只要這些列中有一列含有null，該列就會(huì)從索引中排除。也就是說(shuō)假如某列存在空值，即使對(duì)該列建索引也不會(huì)提高性能。 任何在where子句中使用is null或is not null的語(yǔ)句優(yōu)化器是不答應(yīng)使用索引的。 2.聯(lián)接列 對(duì)于有聯(lián)接的列，即使最后的聯(lián)接值為一個(gè)靜態(tài)值，優(yōu)化器不會(huì)使用索引的。例如，假定有一個(gè)職工表（employee），對(duì)于一個(gè)職工的姓和名分成兩列存放（FIRST_NAME和LAST_NAME），現(xiàn)在要查詢一個(gè)叫喬治·布什（George Bush）的職工。 下面是一個(gè)采用聯(lián)接查詢的SQL語(yǔ)句： select * from employee where first_name''last_name ='George Bush'; 上面這條語(yǔ)句完全可以查詢出是否有George Bush這個(gè)員工，但是這里需要注重，系統(tǒng)優(yōu)化器對(duì)基于last_name創(chuàng)建的索引沒有使用。 當(dāng)采用下面這種SQL語(yǔ)句的編寫，Oracle系統(tǒng)就可以采用基于last_name創(chuàng)建的索引： Select * From employee where first_name ='George' and last_name ='Bush'; 碰到下面這種情況又如何處理呢？假如一個(gè)變量（name）中存放著George Bush這個(gè)員工的姓名，對(duì)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(gè)函數(shù)，將變量name中的姓和名分開就可以了，但是有一點(diǎn)需要注重，這個(gè)函數(shù)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(yǔ)句 同樣以上面的例子來(lái)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Bush的人。可以采用如下的查詢SQL語(yǔ)句： select * from employee where last_name like '%Bush%'; 這里由于通配符（%）在搜尋詞首出現(xiàn)，所以O(shè)racle系統(tǒng)不使用last_name的索引。在很多情況下可能無(wú)法避免這種情況，但是一定要心中有底，通配符如此使用會(huì)降低查詢速度。然而當(dāng)通配符出現(xiàn)在字符串其他位置時(shí)，優(yōu)化器就能利用索引。例如，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(yǔ)句 Order by語(yǔ)句決定了Oracle如何將返回的查詢結(jié)果排序。Order by語(yǔ)句對(duì)要排序的列沒有什么非凡的限制，也可以將函數(shù)加入列中（象聯(lián)接或者附加等）。任何在Order by語(yǔ)句的非索引項(xiàng)或者有計(jì)算表達(dá)式都將降低查詢速度。 仔細(xì)檢查order by語(yǔ)句以找出非索引項(xiàng)或者表達(dá)式，它們會(huì)降低性能。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法就是重寫order by語(yǔ)句以使用索引，也可以為所使用的列建立另外一個(gè)索引，同時(shí)應(yīng)絕對(duì)避免在order by子句中使用表達(dá)式。 5.NOT 我們?cè)诓樵儠r(shí)經(jīng)常在where子句使用一些邏輯表達(dá)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(lái)對(duì)任何邏輯運(yùn)算符號(hào)取反。下面是一個(gè)NOT子句的例子：... where not (status ='VALID') 假如要使用NOT，則應(yīng)在取反的短語(yǔ)前面加上括號(hào)，并在短語(yǔ)前面加上NOT運(yùn)算符。NOT運(yùn)算符包含在另外一個(gè)邏輯運(yùn)算符中，這就是不等于（<>）運(yùn)算符。換句話說(shuō)，即使不在查詢where子句中顯式地加入NOT詞，NOT仍在運(yùn)算符中，見下例： ... where status <>'INVALID'; 再看下面這個(gè)例子： select * from employee where salary<>3000; 對(duì)這個(gè)查詢，可以改寫為不使用NOT的語(yǔ)句： select * from employee where salary<3000 or salary>3000; 雖然這兩種查詢的結(jié)果一樣，但是第二種查詢方案會(huì)比第一種查詢方案更快些。第二種查詢答應(yīng)Oracle對(duì)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(shí)候會(huì)將一列和一系列值相比較。最簡(jiǎn)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 ...); 絕大多數(shù)人會(huì)使用第一種格式，因?yàn)樗容^輕易編寫，而實(shí)際上第二種格式要遠(yuǎn)比第一種格式的效率高。在Oracle中可以將幾乎所有的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(yùn)用EXISTS子句不管子查詢從表中抽取什么數(shù)據(jù)它只查看where子句。這樣優(yōu)化器就不必遍歷整個(gè)表而僅根據(jù)索引就可完成工作（這里假定在where語(yǔ)句中使用的列存在索引）。相對(duì)于IN子句來(lái)說(shuō)，EXISTS使用相連子查詢，構(gòu)造起來(lái)要比IN子查詢困難一些。 通過(guò)使用EXISTS，Oracle系統(tǒng)會(huì)首先檢查主查詢，然后運(yùn)行子查詢直到找到第一個(gè)匹配項(xiàng)，這就節(jié)省了時(shí)間。Oracle系統(tǒng)在執(zhí)行IN子查詢時(shí)，首先執(zhí)行子查詢，并將獲得的結(jié)果列表存放在一個(gè)加了索引的臨時(shí)表中。在執(zhí)行子查詢之前，系統(tǒng)先將主查詢掛起，待子查詢執(zhí)行完畢，存放在臨時(shí)表中以后再執(zhí)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(shí)應(yīng)盡可能使用NOT EXISTS來(lái)代替NOT IN，盡管二者都使用了NOT（不能使用索引而降低速度），但NOT EXISTS要比NOT IN查詢效率更高。
