數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中ＳＱＬ語句的優(yōu)化技術(shù)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中ＳＱＬ語句的優(yōu)化技術(shù)

摘要:SQL語句的優(yōu)化是將性能低下的SQL語句轉(zhuǎn)換成目的相同的性能優(yōu)異的SQL語句。人工智能自動(dòng)SQL優(yōu)化就是使用人工智能技術(shù)，自動(dòng)對(duì)SQL語句進(jìn)行重寫，從而找到性能最好的等效SQL語句。

關(guān)鍵詞:人工智能;自動(dòng)優(yōu)化;SQL語句優(yōu)化

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)化通?？梢酝ㄟ^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)化來進(jìn)行。最常見的優(yōu)化手段就是對(duì)硬件的升級(jí)。根據(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。應(yīng)用程序的優(yōu)化通?？煞譃閮蓚€(gè)方面：源代碼和SQL語句。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。

1.1為什么要優(yōu)化SQL語句

第一、SQL語句是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作的惟一途徑，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能起著決定性的作用。

第二、SQL語句消耗了70%至90%的數(shù)據(jù)庫(kù)資源。

第三、SQL語句獨(dú)立于程序設(shè)計(jì)邏輯，對(duì)SQL語句進(jìn)行優(yōu)化不會(huì)影響程序邏輯。

第四、SQL語句有不同的寫法，在性能上的差異非常大。

第五、SQL語句易學(xué)，但難精通。

優(yōu)化SQL語句的傳統(tǒng)方法是通過手工重寫來對(duì)SQL語句進(jìn)行優(yōu)化。DBA或資深程序員通過對(duì)SQL語句執(zhí)行計(jì)劃的分析，依靠經(jīng)驗(yàn)，嘗試重寫SQL語句，然后對(duì)結(jié)果和性能進(jìn)行比較，以試圖找到性能較佳的SQL語句。這種傳統(tǒng)上的作法無法找出SQL語句的所有可能寫法，且依賴于人的經(jīng)驗(yàn)，非常耗費(fèi)時(shí)間。

1.2SQL優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展歷程

第一代SQL優(yōu)化工具是執(zhí)行計(jì)劃分析工具。這類工具針對(duì)輸入的SQL語句，從數(shù)據(jù)庫(kù)提取執(zhí)行計(jì)劃，并解釋執(zhí)行計(jì)劃中關(guān)鍵字的含義。

第二代SQL優(yōu)化工具只能提供增加索引的建議，它通過對(duì)輸入的SQL語句的執(zhí)行計(jì)劃的分析，來產(chǎn)生是否要增加索引的建議。

第三代SQL優(yōu)化工具不僅分析輸入SQL語句的執(zhí)行計(jì)劃，還對(duì)輸入的SQL語句本身進(jìn)行語法分析，經(jīng)過分析產(chǎn)生寫法上的改進(jìn)建議。

1.3人工智能自動(dòng)SQL優(yōu)化人工智能自動(dòng)SQL優(yōu)化出現(xiàn)在90年代末。目前在商用數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域，LECCOTechnologyLimited(靈高科研有限公司)擁有該技術(shù)，并提供使用該技術(shù)的自動(dòng)優(yōu)化產(chǎn)品LECCOSQLExpert，它支持Oracle、Sybase、MSSQLServer和IBMDB2數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。該產(chǎn)品針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的開發(fā)和維護(hù)階段提供的模塊有：SQL語法優(yōu)化器、PL/SQL集成化開發(fā)調(diào)試環(huán)境(IDE)、掃描器、數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)視器等。其核心模塊SQL語法優(yōu)化器的工作原理為：①輸入一條源SQL語句；②“人工智能反饋式搜索引擎”對(duì)輸入的SQL語句，結(jié)合檢測(cè)到的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和索引進(jìn)行重寫，產(chǎn)生N條等效的SQL語句輸出；③產(chǎn)生的N條等效SQL語句再送入“人工智能反饋式搜索引擎”進(jìn)行重寫，直至無法產(chǎn)生新的輸出或搜索限額滿；④對(duì)輸出的SQL語句進(jìn)行過濾，選出具有不同執(zhí)行計(jì)劃的SQL語句；⑤對(duì)得到的SQL語句進(jìn)行批量測(cè)試，找出性能最好的SQL語句。

2LECCOSQLExpert自動(dòng)優(yōu)化實(shí)例

2.1假設(shè)我們從源代碼中抽取出這條SQL語句(也可以通過內(nèi)帶的掃描器或監(jiān)視器獲得SQL語句)：

SELECTCOUNT(*)論文下載

FROMEMPLOYEE

swheresEXISTS(SELECT'X'

FROMDEPARTMENT

swheresEMP_DEPT=DPT_ID

ANDDPT_NAMELIKE'AC%')

ANDEMP_IDIN(SELECTSAL_EMP_ID

FROMEMP_SAL_HISTB

swheresSAL_SALARY＞70000)

按下“優(yōu)化”按鈕后，經(jīng)過10幾秒，SQLExpert就完成了優(yōu)化的過程，并在這10幾秒的時(shí)間里重寫產(chǎn)生了2267條等價(jià)的SQL語句，其中136條SQL語句有不同的執(zhí)行計(jì)劃。2.2“邊做邊學(xué)式訓(xùn)練”提升SQL開發(fā)水平

LECCOSQLExpert不僅能夠找到最佳的SQL語句，它所提供的“邊做邊學(xué)式訓(xùn)練”還能夠教開發(fā)人員和數(shù)據(jù)庫(kù)管理員如何寫出性能最好的SQL語句。LECCOSQLExpert的“SQL比較器”可以標(biāo)明源SQL和待選SQL間的不同之處。

以上面優(yōu)化的結(jié)果為例，為了查看源SQL語句和SQL124在寫法上有什么不同，我們可以按下“比較器”按鈕，對(duì)SQL124和源SQL語句進(jìn)行比較?！癝QL比較器”將SQL124相對(duì)于源SQL語句的不同之處以藍(lán)顏色表示了出來。如果選擇“雙向比較”復(fù)選框，“SQL比較器”可以將兩條SQL語句的不同之處以藍(lán)色表示。當(dāng)然，我們也可以從源語句和重寫后的SQL語句中任選兩條進(jìn)行比較。

從比較的結(jié)果可以看到，重寫后的SQL124把第一個(gè)Exists改寫成了In；在字段DPT_ID上進(jìn)行了合并空字符串的操作，以誘導(dǎo)數(shù)據(jù)庫(kù)先執(zhí)行子查詢中的

(SELECTDPT_ID||''

FROMDEPARTMENT

WHEREDPT_NAMELIKE'AC%')

在子查詢完成后，再與EMPLOYEE表進(jìn)行嵌套循環(huán)連接(NestedLoopJoin)。

如果覺得對(duì)寫法的改變難以理解，還可以點(diǎn)中“執(zhí)行計(jì)劃”復(fù)選框，通過比較兩條SQL語句的執(zhí)行計(jì)劃的不同，來了解其中的差異。在查看執(zhí)行計(jì)劃過程中，如果有什么不明白的地方，可以點(diǎn)中“SQL信息按鈕”，再點(diǎn)擊執(zhí)行計(jì)劃看不明白的地方，LECCOSQLExpert的上下文敏感幫助系統(tǒng)將提供執(zhí)行計(jì)劃該處的解釋。

在“SQL比較器”中，選中“統(tǒng)計(jì)信息”復(fù)選框后，可得到詳細(xì)的兩條SQL語句運(yùn)行時(shí)的統(tǒng)計(jì)信息比較，這對(duì)于學(xué)習(xí)不同的SQL寫法對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的消耗很有幫助。

2.3LECCOSQLExpert優(yōu)化模塊的特點(diǎn)

LECCOSQLExpert優(yōu)化模塊的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：自動(dòng)優(yōu)化SQL語句；以獨(dú)家的人工智能知識(shí)庫(kù)“反饋式搜索引擎”來重寫性能優(yōu)異的SQL語句；找出所有等效的SQL語句及可能的執(zhí)行計(jì)劃；保證產(chǎn)生相同的結(jié)果；先進(jìn)的SQL語法分析器能處理最復(fù)雜的SQL語句；可以重寫SELECT、SELECTINTO、UPDATE、INSERT和DELETE語句；通過測(cè)試運(yùn)行，為應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)找到性能最好的SQL語句；提供微秒級(jí)的計(jì)時(shí)，能夠優(yōu)化Web應(yīng)用程序和有大量用戶的在線事務(wù)處理中運(yùn)行時(shí)間很短的SQL語句；為開發(fā)人員提供“邊做邊學(xué)式訓(xùn)練”，迅速提高開發(fā)人員的SQL編程技能；提供上下文敏感的執(zhí)行計(jì)劃幫助系統(tǒng)和SQL運(yùn)行狀態(tài)幫助；不是猜測(cè)或建議，而是獨(dú)一無二的SQL重寫解決方案。

2.4寫出專家級(jí)的SQL語句

LECCOSQLExpert的出現(xiàn)，使SQL的優(yōu)化變得極其簡(jiǎn)單，只要能夠?qū)懗鯯QL語句，它就能幫用戶找到最好性能的寫法。LECCOSQLExpert不僅能在很短的時(shí)間內(nèi)找到所有可能的優(yōu)化方案，而且能夠通過實(shí)際測(cè)試，確