數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論-第四版chp9

1、中國人民大學(xué)信息學(xué)院 An Introduction to Database System數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論An Introduction to Database System第九章第九章 關(guān)系查詢處理和查詢優(yōu)化關(guān)系查詢處理和查詢優(yōu)化第九章 關(guān)系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化9.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢處理關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢處理 9.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化 9.3 代數(shù)優(yōu)化代數(shù)優(yōu)化9.4 物理優(yōu)化物理優(yōu)化 9.5 小小 結(jié)結(jié) An Introduction to Database System關(guān)系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化（續(xù)）本章目的：本章目的： RDBMS的查詢處理步驟

2、查詢優(yōu)化的概念 基本方法和技術(shù) 查詢優(yōu)化分類 ：代數(shù)優(yōu)化物理優(yōu)化An Introduction to Database System9.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢處理9.1.1 查詢處理步驟查詢處理步驟9.1.2 實現(xiàn)查詢操作的算法示例實現(xiàn)查詢操作的算法示例 An Introduction to Database System9.1.1 查詢處理步驟RDBMS查詢處理階段查詢處理階段 ： 1. 查詢分析2. 查詢檢查3. 查詢優(yōu)化 4. 查詢執(zhí)行 An Introduction to Database System查詢處理步驟（續(xù)）An Introduction to Database Syst

3、em查詢處理步驟1. 查詢分析對查詢語句進(jìn)行掃描、詞法分析和語法分析 從查詢語句中識別出語言符號 進(jìn)行語法檢查和語法分析 An Introduction to Database System2. 查詢檢查 根據(jù)數(shù)據(jù)字典對合法的查詢語句進(jìn)行語義檢查 根據(jù)數(shù)據(jù)字典中的用戶權(quán)限和完整性約束定義對用戶的存取權(quán)限進(jìn)行檢查 檢查通過后把SQL查詢語句轉(zhuǎn)換成等價的關(guān)系代數(shù)表達(dá)式 RDBMS一般都用查詢樹(語法分析樹)來表示擴(kuò)展的關(guān)系代數(shù)表達(dá)式 把數(shù)據(jù)庫對象的外部名稱轉(zhuǎn)換為內(nèi)部表示 An Introduction to Database System3. 查詢優(yōu)化查詢優(yōu)化：選擇一個高效執(zhí)行的查詢處理策略 查詢

4、優(yōu)化分類 ：代數(shù)優(yōu)化：指關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的優(yōu)化物理優(yōu)化：指存取路徑和底層操作算法的選擇查詢優(yōu)化方法選擇的依據(jù)：基于規(guī)則(rule based)基于代價(cost based)基于語義(semantic based)An Introduction to Database System4. 查詢執(zhí)行 依據(jù)優(yōu)化器得到的執(zhí)行策略生成查詢計劃代碼生成器(code generator)生成執(zhí)行查詢計劃的代碼 An Introduction to Database System9.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢處理9.1.1 查詢處理步驟查詢處理步驟9.1.2 實現(xiàn)查詢操作的算法示例實現(xiàn)查詢操作的算法示例 An I

5、ntroduction to Database System9.1.2 實現(xiàn)查詢操作的算法示例 一、 選擇操作的實現(xiàn) 二、 連接操作的實現(xiàn) An Introduction to Database System一、 選擇操作的實現(xiàn) 例1Select * from student where ；考慮的幾種情況： C1：無條件； C2：Sno200215121； C3：Sage20； C4：SdeptCS AND Sage20； An Introduction to Database System選擇操作的實現(xiàn)（續(xù)）選擇操作典型實現(xiàn)方法：選擇操作典型實現(xiàn)方法：1. 簡單的全表掃描方法簡單的全表掃描方

6、法 對查詢的基本表順序掃描，逐一檢查每個元組是否滿足選擇條件，把滿足條件的元組作為結(jié)果輸出 適合小表，不適合大表2. 索引索引(或散列或散列)掃描方法掃描方法 適合選擇條件中的屬性上有索引(例如B+樹索引或Hash索引) 通過索引先找到滿足條件的元組主碼或元組指針，再通過元組指針直接在查詢的基本表中找到元組 An Introduction to Database System選擇操作的實現(xiàn)（續(xù)）例1-C2 以C2為例，Sno200215121，并且Sno上有索引(或Sno是散列碼)使用索引(或散列)得到Sno為200215121 元組的指針通過元組指針在student表中檢索到該學(xué)生例1-C3

7、 以C3為例，Sage20，并且Sage 上有B+樹索引使用B+樹索引找到Sage20的索引項，以此為入口點在B+樹的順序集上得到Sage20的所有元組指針通過這些元組指針到student表中檢索到所有年齡大于20的學(xué)生。 An Introduction to Database System選擇操作的實現(xiàn)（續(xù)）例1-C4 以C4為例，SdeptCS AND Sage20，如果Sdept和Sage上都有索引：算法一：分別用上面兩種方法分別找到SdeptCS的一組元組指針和Sage20的另一組元組指針求這2組指針的交集到student表中檢索得到計算機(jī)系年齡大于20的學(xué)生算法二：找到SdeptCS

8、的一組元組指針，通過這些元組指針到student表中檢索對得到的元組檢查另一些選擇條件(如Sage20)是否滿足把滿足條件的元組作為結(jié)果輸出。 An Introduction to Database System二、 連接操作的實現(xiàn) 連接操作是查詢處理中最耗時的操作之一 本節(jié)只討論等值連接(或自然連接)最常用的實現(xiàn)算法 例2 SELECT * FROM Student，SC WHERE Student.Sno=SC.Sno； An Introduction to Database System連接操作的實現(xiàn)（續(xù)）1. 嵌套循環(huán)方法(nested loop) 2. 排序-合并方法(sort-me

9、rge join 或merge join)3. 索引連接(index join)方法 4. Hash Join方法 An Introduction to Database System連接操作的實現(xiàn)（續(xù)）1.嵌套循環(huán)方法嵌套循環(huán)方法(nested loop)對外層循環(huán)(Student)的每一個元組(s)，檢索內(nèi)層循環(huán)(SC)中的每一個元組(sc)檢查這兩個元組在連接屬性(sno)上是否相等如果滿足連接條件，則串接后作為結(jié)果輸出，直到外層循環(huán)表中的元組處理完為止 An Introduction to Database System連接操作的實現(xiàn)（續(xù)）2. 排序排序-合并方法合并方法(sort-m

10、erge join 或或merge join) 適合連接的諸表已經(jīng)排好序的情況 排序合并連接方法的步驟：如果連接的表沒有排好序，先對Student表和SC表按連接屬性Sno排序 取Student表中第一個Sno，依次掃描SC表中具有相同Sno的元組 An Introduction to Database System連接操作的實現(xiàn)（續(xù)）An Introduction to Database System200215121200215122200215123200215124.200215121 1 92200215121 2 85200215121 3 88200215122 2 902002

11、15122 3 80.排序-合并連接方法示意圖連接操作的實現(xiàn)（續(xù)）排序合并連接方法的步驟（續(xù)）：當(dāng)掃描到Sno不相同的第一個SC元組時，返回Student表掃描它的下一個元組，再掃描SC表中具有相同Sno的元組，把它們連接起來 重復(fù)上述步驟直到Student 表掃描完An Introduction to Database System連接操作的實現(xiàn)（續(xù)）Student表和SC表都只要掃描一遍如果2個表原來無序，執(zhí)行時間要加上對兩個表的排序時間對于2個大表，先排序后使用sort-merge join方法執(zhí)行連接，總的時間一般仍會大大減少 An Introduction to Database S

12、ystem連接操作的實現(xiàn)（續(xù)）3. 索引連接索引連接(index join)方法方法步驟： 在SC表上建立屬性Sno的索引，如果原來沒有該索引 對Student中每一個元組，由Sno值通過SC的索引查找相應(yīng)的SC元組 把這些SC元組和Student元組連接起來 循環(huán)執(zhí)行，直到Student表中的元組處理完為止 An Introduction to Database System連接操作的實現(xiàn)（續(xù)）4. Hash Join方法方法 把連接屬性作為hash碼，用同一個hash函數(shù)把R和S中的元組散列到同一個hash文件中步驟：步驟：劃分階段(partitioning phase)：對包含較少元組的

13、表(比如R)進(jìn)行一遍處理把它的元組按hash函數(shù)分散到hash表的桶中試探階段(probing phase)：也稱為連接階段(join phase) 對另一個表(S)進(jìn)行一遍處理把S的元組散列到適當(dāng)?shù)膆ash桶中把元組與桶中所有來自R并與之相匹配的元組連接起來 An Introduction to Database System連接操作的實現(xiàn)（續(xù)）上面hash join算法前提：假設(shè)兩個表中較小的表在第一階段后可以完全放入內(nèi)存的hash桶中 以上的算法思想可以推廣到更加一般的多個表的連接算法上 An Introduction to Database System第九章 關(guān)系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化9.

14、1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢處理關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢處理 9.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化 9.3 代代 數(shù)數(shù) 優(yōu)優(yōu) 化化 9.4 物物 理理 優(yōu)優(yōu) 化化 9.5 小小 結(jié)結(jié) An Introduction to Database System9.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化查詢優(yōu)化在關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中有著非常重要的地位 關(guān)系查詢優(yōu)化是影響RDBMS性能的關(guān)鍵因素 由于關(guān)系表達(dá)式的語義級別很高，使關(guān)系系統(tǒng)可以從關(guān)系表達(dá)式中分析查詢語義，提供了執(zhí)行查詢優(yōu)化的可能性 An Introduction to Database System9.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化9.2.1 查

15、詢優(yōu)化概述查詢優(yōu)化概述9.2.2 一個實例一個實例 An Introduction to Database System9.2.1 查詢優(yōu)化概述關(guān)系系統(tǒng)的查詢優(yōu)化非關(guān)系系統(tǒng)An Introduction to Database System查詢優(yōu)化概述（續(xù)）查詢優(yōu)化的優(yōu)點不僅在于用戶不必考慮如何最好地表達(dá)查詢以獲得較好的效率，而且在于系統(tǒng)可以比用戶程序的“優(yōu)化”做得更好 (1) 優(yōu)化器可以從數(shù)據(jù)字典中獲取許多統(tǒng)計信息，而用戶程序則難以獲得這些信息(2)如果數(shù)據(jù)庫的物理統(tǒng)計信息改變了，系統(tǒng)可以自動對查詢重新優(yōu)化以選擇相適應(yīng)的執(zhí)行計劃。在非關(guān)系系統(tǒng)中必須重寫程序，而重寫程序在實際應(yīng)用中往往是不太可

16、能的。An Introduction to Database System查詢優(yōu)化概述（續(xù)）(3)優(yōu)化器可以考慮數(shù)百種不同的執(zhí)行計劃，程序員一般只能考慮有限的幾種可能性。(4)優(yōu)化器中包括了很多復(fù)雜的優(yōu)化技術(shù)，這些優(yōu)化技術(shù)往往只有最好的程序員才能掌握。系統(tǒng)的自動優(yōu)化相當(dāng)于使得所有人都擁有這些優(yōu)化技術(shù)An Introduction to Database System查詢優(yōu)化概述（續(xù)）RDBMS通過某種代價模型計算出各種查詢執(zhí)行策略的執(zhí)行代價，然后選取代價最小的執(zhí)行方案集中式數(shù)據(jù)庫執(zhí)行開銷主要包括：磁盤存取塊數(shù)(I/O代價)處理機(jī)時間(CPU代價)查詢的內(nèi)存開銷 I/O代價是最主要的 分布式數(shù)據(jù)

17、庫總代價=I/O代價+CPU代價+內(nèi)存代價通信代價 An Introduction to Database System查詢優(yōu)化概述（續(xù)）查詢優(yōu)化的總目標(biāo)：選擇有效的策略求得給定關(guān)系表達(dá)式的值使得查詢代價最小(實際上是較小) An Introduction to Database System9.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化9.2.1 查詢優(yōu)化概述查詢優(yōu)化概述9.2.2 一個實例一個實例 An Introduction to Database System9.2.2 一個實例例3 求選修了2號課程的學(xué)生姓名。用SQL表達(dá)： SELECT Student.Sname FROM Student，S

18、C WHERE Student.Sno=SC.Sno AND SC.Cno=2； n假定學(xué)生-課程數(shù)據(jù)庫中有1000個學(xué)生記錄，10000個選課記錄n其中選修2號課程的選課記錄為50個 An Introduction to Database System一個實例（續(xù)）系統(tǒng)可以用多種等價的關(guān)系代數(shù)表達(dá)式來完成這一查詢Q1=Sname(Student.Sno=SC.SnoSc.Cno=2 (StudentSC)Q2=Sname(Sc.Cno=2 (Student SC)Q3=Sname(Student Sc.Cno=2(SC)An Introduction to Database System一個

19、實例（續(xù)）一、第一種情況一、第一種情況 Q1=Sname(Student.Sno=SC.SnoSc.Cno=2 StudentSC)1. 計算廣義笛卡爾積 把Student和SC的每個元組連接起來的做法：在內(nèi)存中盡可能多地裝入某個表(如Student表)的若干塊，留出一塊存放另一個表(如SC表)的元組。把SC中的每個元組和Student中每個元組連接，連接后的元組裝滿一塊后就寫到中間文件上從SC中讀入一塊和內(nèi)存中的Student元組連接，直到SC表處理完。再讀入若干塊Student元組，讀入一塊SC元組重復(fù)上述處理過程，直到把Student表處理完An Introduction to Data

20、base System一個實例（續(xù)）設(shè)一個塊能裝10個Student元組或100個SC元組，在內(nèi)存中存放5塊Student元組和1塊SC元組，則讀取總塊數(shù)為 =100+20100=2100塊其中，讀Student表100塊。讀SC表20遍，每遍100塊。若每秒讀寫20塊，則總計要花105s 連接后的元組數(shù)為103104=107。設(shè)每塊能裝10個元組，則寫出這些塊要用106/20=5104s An Introduction to Database System101000510100010010000一個實例（續(xù)）2. 作選擇操作 依次讀入連接后的元組，按照選擇條件選取滿足要求的記錄 假定內(nèi)存處

21、理時間忽略。讀取中間文件花費的時間(同寫中間文件一樣)需5104s 滿足條件的元組假設(shè)僅50個，均可放在內(nèi)存 An Introduction to Database System一個實例（續(xù)）3. 作投影操作 把第2步的結(jié)果在Sname上作投影輸出，得到最終結(jié)果 第一種情況下執(zhí)行查詢的總時間105+25104105s所有內(nèi)存處理時間均忽略不計 An Introduction to Database System一個實例（續(xù)）二、二、 第二種情況第二種情況 Q2=Sname(Sc.Cno=2 (Student SC)1. 計算自然連接 執(zhí)行自然連接，讀取Student和SC表的策略不變，總的讀取

22、塊數(shù)仍為2100塊花費105 s 自然連接的結(jié)果比第一種情況大大減少，為104個 寫出這些元組時間為104/10/20=50s，為第一種情況的千分之一 2. 讀取中間文件塊，執(zhí)行選擇運算，花費時間也為50s。3. 把第2步結(jié)果投影輸出。 第二種情況總的執(zhí)行時間105+50+50205s An Introduction to Database System一個實例（續(xù)）三、三、 第三種情況第三種情況 Q3=Sname(Student Sc.Cno=2(SC)1. 先對SC表作選擇運算，只需讀一遍SC表，存取100塊花費時間為5s，因為滿足條件的元組僅50個，不必使用中間文件。2. 讀取Stude

23、nt表，把讀入的Student元組和內(nèi)存中的SC元組作連接。也只需讀一遍Student表共100塊，花費時間為5s。3. 把連接結(jié)果投影輸出 第三種情況總的執(zhí)行時間5+510s An Introduction to Database System一個實例（續(xù)）假如SC表的Cno字段上有索引第一步就不必讀取所有的SC元組而只需讀取Cno=2的那些元組(50個)存取的索引塊和SC中滿足條件的數(shù)據(jù)塊大約總共34塊若Student表在Sno上也有索引第二步也不必讀取所有的Student元組因為滿足條件的SC記錄僅50個，涉及最多50個Student記錄讀取Student表的塊數(shù)也可大大減少 總的存取時

24、間將進(jìn)一步減少到數(shù)秒 An Introduction to Database System一個實例（續(xù)）把代數(shù)表達(dá)式Q1變換為Q2、 Q3，即有選擇和連接操作時，先做選擇操作，這樣參加連接的元組就可以大大減少，這是代數(shù)優(yōu)化在Q3中SC表的選擇操作算法有全表掃描和索引掃描2種方法，經(jīng)過初步估算，索引掃描方法較優(yōu) 對于Student和SC表的連接，利用Student表上的索引，采用index join代價也較小，這就是物理優(yōu)化 An Introduction to Database System第九章 關(guān)系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化9.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢處理關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢處理 9.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫

25、系統(tǒng)的查詢優(yōu)化關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化 9.3 代數(shù)優(yōu)化代數(shù)優(yōu)化 9.4 物理優(yōu)化物理優(yōu)化 9.5 小小 結(jié)結(jié) An Introduction to Database System9.3 代 數(shù) 優(yōu) 化9.3.1 關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則 9.3.2 查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化 An Introduction to Database System9.3.1 關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則 代數(shù)優(yōu)化策略：通過對關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的等價變換來提高查詢效率 關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的等價：指用相同的關(guān)系代替兩個表達(dá)式中相應(yīng)的關(guān)系所得到的結(jié)果是相同的兩個關(guān)系表達(dá)式E1和E2是等價的

26、，可記為E1E2 An Introduction to Database System關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則（續(xù)）常用的等價變換規(guī)則：常用的等價變換規(guī)則：1. 連接、笛卡爾積交換律 設(shè)E1和E2是關(guān)系代數(shù)表達(dá)式，F(xiàn)是連接運算的條件，則有 E1 E2E2 E1 E1 E2E2 E1 E1 E2E2 E12. 連接、笛卡爾積的結(jié)合律 設(shè)E1，E2，E3是關(guān)系代數(shù)表達(dá)式，F(xiàn)1和F2是連接運算的條件，則有 (E1 E2) E3E1 (E2 E3) (E1 E2) E3E1 (E2 E3) (E1 E2) E3E1 (E2 E3) An Introduction to Database System

27、關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則（續(xù)）3. 投影的串接定律 ( (E) (E)這里，E是關(guān)系代數(shù)表達(dá)式，Ai(i=1，2，n)，Bj(j=1，2，m)是屬性名且A1，A2，An構(gòu)成B1，B2，Bm的子集。4. 選擇的串接定律 ( (E) (E)這里，E是關(guān)系代數(shù)表達(dá)式，F(xiàn)1、F2是選擇條件。 選擇的串接律說明選擇條件可以合并。這樣一次就可檢查全部條件。An Introduction to Database SystemnAAA,21mBBB,21nAAA,211F2F21FF 關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則（續(xù)）5. 選擇與投影操作的交換律 F( (E) (F(E)選擇條件F只涉及屬性A1，An。若F中

28、有不屬于A1，An的屬性B1，Bm則有更一般的規(guī)則： (F(E) (F( (E)An Introduction to Database SystemnAAA,21nAAA,21nAAA,21nAAA,21mnBBBAAA,2121關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則（續(xù)）6. 選擇與笛卡爾積的交換律如果F中涉及的屬性都是E1中的屬性，則 (E1E2) (E1)E2如果F=F1F2，并且F1只涉及E1中的屬性，F(xiàn)2只涉及E2中的屬性，則由上面的等價變換規(guī)則1，4，6可推出： (E1E2) (E1) (E2)若F1只涉及E1中的屬性，F(xiàn)2涉及E1和E2兩者的屬性，則仍有 (E1E2) ( (E1)E2)它使

29、部分選擇在笛卡爾積前先做。 An Introduction to Database System1F2F2F1FFFFF關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則（續(xù)）7. 選擇與并的分配律設(shè)E=E1E2，E1，E2有相同的屬性名，則 F(E1E2)F(E1)F(E2)8. 選擇與差運算的分配律若E1與E2有相同的屬性名，則 F(E1-E2)F(E1)-F(E2)9. 選擇對自然連接的分配律 F(E1 E2)F(E1) F(E2) F只涉及E1與E2的公共屬性 An Introduction to Database System關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則（續(xù)）10. 投影與笛卡爾積的分配律設(shè)E1和E2是兩個關(guān)

30、系表達(dá)式，A1，An是E1的屬性，B1，Bm是E2的屬性，則 (E1E2) (E1) (E2)11. 投影與并的分配律設(shè)E1和E2有相同的屬性名，則 (E1E2) (E1) (E2)An Introduction to Database SystemmnBBBAAA,2121nAAA,21mBBB,21nAAA,21nAAA,21nAAA,219.3 代 數(shù) 優(yōu) 化9.3.1 關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則關(guān)系代數(shù)表達(dá)式等價變換規(guī)則 9.3.2 查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化 An Introduction to Database System9.3.2 查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化 典型的啟發(fā)式規(guī)則

31、：典型的啟發(fā)式規(guī)則：1. 選擇運算應(yīng)盡可能先做。在優(yōu)化策略中這是最重要、最基本的一條2. 把投影運算和選擇運算同時進(jìn)行如有若干投影和選擇運算，并且它們都對同一個關(guān)系操作，則可以在掃描此關(guān)系的同時完成所有的這些運算以避免重復(fù)掃描關(guān)系A(chǔ)n Introduction to Database System查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化（續(xù)）3. 把投影同其前或其后的雙目運算結(jié)合起來4. 把某些選擇同在它前面要執(zhí)行的笛卡爾積結(jié)合起來成為一個連接運算5. 找出公共子表達(dá)式如果這種重復(fù)出現(xiàn)的子表達(dá)式的結(jié)果不是很大的關(guān)系并且從外存中讀入這個關(guān)系比計算該子表達(dá)式的時間少得多，則先計算一次公共子表達(dá)式并把結(jié)果寫入中間文件是合

32、算的當(dāng)查詢的是視圖時，定義視圖的表達(dá)式就是公共子表達(dá)式的情況An Introduction to Database System查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化（續(xù)）遵循這些啟發(fā)式規(guī)則，應(yīng)用9.3.1的等價變換公式來優(yōu)化關(guān)系表達(dá)式的算法。算法：關(guān)系表達(dá)式的優(yōu)化輸入：一個關(guān)系表達(dá)式的查詢樹輸出：優(yōu)化的查詢樹方法：(1) 利用等價變換規(guī)則4把形如F1F2Fn(E)變換為F1(F2(Fn(E)。(2) 對每一個選擇，利用等價變換規(guī)則49盡可能把它移到樹的葉端。An Introduction to Database System查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化（續(xù)）(3) 對每一個投影利用等價變換規(guī)則3，5，10，11中的一般形

33、式盡可能把它移向樹的葉端。注意： 等價變換規(guī)則3使一些投影消失規(guī)則5把一個投影分裂為兩個，其中一個有可能被移向樹的葉端 (4) 利用等價變換規(guī)則35把選擇和投影的串接合并成單個選擇、單個投影或一個選擇后跟一個投影。使多個選擇或投影能同時執(zhí)行，或在一次掃描中全部完成 An Introduction to Database System查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化（續(xù)） (5) 把上述得到的語法樹的內(nèi)節(jié)點分組。每一雙目運算(， ，-)和它所有的直接祖先為一組(這些直接祖先是(，運算)。如果其后代直到葉子全是單目運算，則也將它們并入該組但當(dāng)雙目運算是笛卡爾積()，而且后面不是與它組成等值連接的選擇時，則不能把

34、選擇與這個雙目運算組成同一組，把這些單目運算單獨分為一組 An Introduction to Database System查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化（續(xù)）例4 下面給出例3中 SQL語句的代數(shù)優(yōu)化示例。 (1) 把SQL語句轉(zhuǎn)換成查詢樹，如下圖所示An Introduction to Database System查詢樹查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化（續(xù)）為了使用關(guān)系代數(shù)表達(dá)式的優(yōu)化法，假設(shè)內(nèi)部表示是關(guān)系代數(shù)語法樹，則上面的查詢樹如下圖所示。An Introduction to Database System 關(guān)系代數(shù)語法樹 查詢樹的啟發(fā)式優(yōu)化（續(xù)）(2) 對查詢樹進(jìn)行優(yōu)化利用規(guī)則4、6把選擇SC.Cno=2

35、移到葉端，查詢樹便轉(zhuǎn)換成下圖所示的優(yōu)化的查詢樹。這就是9.2.2節(jié)中Q3的查詢樹表示An Introduction to Database System優(yōu)化后的查詢樹 第九章 關(guān)系系統(tǒng)及其查詢優(yōu)化9.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢處理關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢處理 9.2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的查詢優(yōu)化 9.3 代數(shù)優(yōu)化代數(shù)優(yōu)化 9.4 物理優(yōu)化物理優(yōu)化 9.5 小小 結(jié)結(jié) An Introduction to Database System9.4 物理優(yōu)化代數(shù)優(yōu)化改變查詢語句中操作的次序和組合，不涉及底層的存取路徑對于一個查詢語句有許多存取方案，它們的執(zhí)行效率不同， 僅僅進(jìn)行代數(shù)優(yōu)化是

36、不夠的 物理優(yōu)化就是要選擇高效合理的操作算法或存取路徑，求得優(yōu)化的查詢計劃 An Introduction to Database System物理優(yōu)化（續(xù)）選擇的方法：選擇的方法： 基于規(guī)則的啟發(fā)式優(yōu)化基于代價估算的優(yōu)化兩者結(jié)合的優(yōu)化方法An Introduction to Database System9.4 物理優(yōu)化9.4.1 基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化9.4.2 基于代價的優(yōu)化基于代價的優(yōu)化 An Introduction to Database System9.4.1 基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化一、 選擇操作的啟發(fā)式規(guī)則 二、 連接操作的啟

37、發(fā)式規(guī)則 An Introduction to Database System基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化(續(xù))一、一、 選擇操作的啟發(fā)式規(guī)則選擇操作的啟發(fā)式規(guī)則:1. 對于小關(guān)系，使用全表順序掃描，即使選擇列上有索引 對于大關(guān)系，啟發(fā)式規(guī)則有：對于大關(guān)系，啟發(fā)式規(guī)則有：2. 對于選擇條件是主碼值的查詢查詢結(jié)果最多是一個元組，可以選擇主碼索引一般的RDBMS會自動建立主碼索引。An Introduction to Database System基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化(續(xù))3. 對于選擇條件是非主屬性值的查詢，并且選擇列上有索引n要估算查詢結(jié)果的元組數(shù)目如果比例較小(10%)可以使

38、用索引掃描方法否則還是使用全表順序掃描An Introduction to Database System基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化(續(xù))4. 對于選擇條件是屬性上的非等值查詢或者范圍查詢，并且選擇列上有索引n要估算查詢結(jié)果的元組數(shù)目如果比例較小(10%)可以使用索引掃描方法否則還是使用全表順序掃描 An Introduction to Database System基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化(續(xù))5. 對于用AND連接的合取選擇條件n如果有涉及這些屬性的組合索引優(yōu)先采用組合索引掃描方法n如果某些屬性上有一般的索引則可以用例1-C4中介紹的索引掃描方法否則使用全表順序掃描。6. 對

39、于用OR連接的析取選擇條件，一般使用全表順序掃描An Introduction to Database System基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化(續(xù))二、二、 連接操作的啟發(fā)式規(guī)則：連接操作的啟發(fā)式規(guī)則：1. 如果2個表都已經(jīng)按照連接屬性排序n 選用排序-合并方法2. 如果一個表在連接屬性上有索引n 選用索引連接方法3. 如果上面2個規(guī)則都不適用，其中一個表較小n 選用Hash join方法An Introduction to Database System基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化(續(xù))4. 可以選用嵌套循環(huán)方法，并選擇其中較小的表，確切地講是占用的塊數(shù)(b)較少的表，作為外表(外

40、循環(huán)的表) 。 理由：設(shè)連接表R與S分別占用的塊數(shù)為Br與Bs連接操作使用的內(nèi)存緩沖區(qū)塊數(shù)為K分配K-1塊給外表如果R為外表，則嵌套循環(huán)法存取的塊數(shù)為Br+( Br/K-1)Bs顯然應(yīng)該選塊數(shù)小的表作為外表 An Introduction to Database System9.4 物理優(yōu)化（續(xù)）9.4.1 基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化基于啟發(fā)式規(guī)則的存取路徑選擇優(yōu)化9.4.2 基于代價的優(yōu)化基于代價的優(yōu)化 An Introduction to Database System9.4.2 基于代價的優(yōu)化 啟發(fā)式規(guī)則優(yōu)化是定性的選擇，適合解釋執(zhí)行的系統(tǒng)解釋執(zhí)行的系統(tǒng)，優(yōu)化開銷包含在查詢總開銷之

41、中 編譯執(zhí)行的系統(tǒng)中查詢優(yōu)化和查詢執(zhí)行是分開的可以采用精細(xì)復(fù)雜一些的基于代價的優(yōu)化方法 An Introduction to Database System基于代價的優(yōu)化（續(xù)）一、 統(tǒng)計信息 二、 代價估算示例 An Introduction to Database System基于代價的優(yōu)化（續(xù)）一、一、 統(tǒng)計信息統(tǒng)計信息基于代價的優(yōu)化方法要計算各種操作算法的執(zhí)行代價，與數(shù)據(jù)庫的狀態(tài)密切相關(guān) 數(shù)據(jù)字典中存儲的優(yōu)化器需要的統(tǒng)計信息： 1. 對每個基本表n該表的元組總數(shù)(N)n元組長度(l)n占用的塊數(shù)(B)n占用的溢出塊數(shù)(BO)An Introduction to Database Syst

42、em基于代價的優(yōu)化（續(xù)）2. 對基表的每個列n該列不同值的個數(shù)(m)n選擇率(f)如果不同值的分布是均勻的，f1/m如果不同值的分布不均勻，則每個值的選擇率具有該值的元組數(shù)/Nn該列最大值n該列最小值n該列上是否已經(jīng)建立了索引n索引類型(B+樹索引、Hash索引、聚集索引)An Introduction to Database System基于代價的優(yōu)化（續(xù)）3. 對索引(如B+樹索引)n索引的層數(shù)(L)n不同索引值的個數(shù)n索引的選擇基數(shù)S(有S個元組具有某個索引值)n索引的葉結(jié)點數(shù)(Y) An Introduction to Database System基于代價的優(yōu)化（續(xù)）二、二、 代價估算示例代價