sql优化器探讨

多年以来，商业数据库生产商一直致力于提高数据库的查询性能。尽管他们持续地付出努力和辛勤地工作，我们还是无法看到关系型数据库系统（rdbms）在性能上有显著的提高。用户继续忍受性能低下的sql语句，数据库专家们继续在sql语句优化的泥潭中痛苦挣扎。

本文将介绍数据库查询优化器是如何工作的、为什么问题持续存在，并深入探讨数据库查询优化器将来的发展方向。

数据库查询优化器

数据库查询优化器是rdbms服务器的一个组成部分。对于基于成本的优化，数据库查询优化器的任务是，通过产生可供选择的执行计划，找到最低估算成本的执行计划，来优化一条sql语句。它在sql语句性能表现上扮演了至关重要的角色。

当一条sql语句被送入rdbms服务器，它将会被解析并提交给数据库查询优化器。查询优化器将会进行查询重写和表达式评估，以产生可供选择的执行计划。产生可供选择的执行计划的数量，取决于在rdbms中定义的计划空间（planspace）大小。对于每个待选的执行计划，成本估计将被计算，带有最小成本的执行计划将被选取用来执行sql语句。这种方法存在着两个无法解决的问题：无法产生全部可能的可选执行计划和成本估计的不准确。

新的sql优化概念——外部sql重写器

一个有经验的程序员，把有问题的sql语句的速度提高数千倍是很常见的。凭着对具体数据库特征的了解，对sql语句进行语法的重新构造。一个开发人员能够帮助查询优化器获得更好的执行计划，而这执行计划是查询优化器无法靠自身独立工作产生的。这给予我们一个启示，我们是否能通过计算机模拟人的行为，来实现同样的目的呢？

显示了外部sql重写器（externalsqlrewriter--esr）的概念，它能够基于现有数据库的特性，产生语义相等但语法不同的sql语句。重写产生的sql语句，将取代程序源代码中的源sql语句。这样，当程序运行时（使用新的sql语句），查询优化器将会被影响，而产生性能更好的执行计划。事实上，有经验的程序员和数据库管理员，一直在期盼着这个概念的出现。这个概念的新颖之处在于，将人类的知识和智能合并到一个计算机算法中，它能够打破计划空间（planspace）限制的障碍，避免在寻找最佳sql语句时不准确的成本估算。

esr的优点是，它的优化并非一个基于实时，可用于重写和优化sql语句的时间，在理论上是无限的。它可以比数据库的查询优化器尝试更多的待选sql语句。用户花费多达一天的时间来处理关键sql语句的性能问题，而esr可以彻底寻找可能的待选执行计划。esr的另外一个优点是，能够达到sql性能提高的目的，而无需进行额外的统计，使数据库查询优化器的负载过重。因此，esr使得提升整个数据库性能变得简单且安全。最后，esr相对于数据库内部的查询优化器更加灵活：sql重写的知识库可以很容易扩展，搜索空间可以通过硬件的升级来扩展，而毫无限制和缺点。

esr是如何工作的？

为了让esr能够优化sql语句，必须避免数据库内部查询优化器限制所产生的障碍。另外，esr必须拥有重写sql语句的智能，并知道你数据库的特性，来提供待选的sql语句。尽管达到上面的要求是困难的，但是开发一个这样的算法也不是不可能的。国内市场上已经由盈动华建公司代理推出了一个相当成熟的产品——leccotechnology的leccosqlexpert。

sql语句可以被直接输入，或通过检查源代码来捕获有问题的sql语句。当esr收到sql语句，一个递归的转换算法被应用来重写源sql语句，产生每一个可能的语义等价的待选sql语句。递归的sql转换引擎，拥有内建的人工智能和sql转换规则，它依照具体数据库的特性来重新构造sql语句。

可扩展的计划空间

用户可自定义的限额让用户能够控制搜索空间。如果用户对在定义的限额内产生的结果不满意，或无法找到性能更好的待选sql语句，用户可以提高限额来增加搜索空间，直到更多的待选sql语句被找到。因此，esr的计划空间的扩展，要比数据库查询优化器有弹性得多。另一个考虑周到的特性是，esr可以在内部把具有重复执行计划的sql语句给排除掉。这样不仅减少了人工反复尝试的成本，还保证了重写产生的每条sql语句，都具有不同的执行计划和性能。

尽管esr能够扩大它的计划空间和产生更多的待选sql语句，它还是和数据库内部查询优化器一样，面对着不准确的成本估算的问题。没有实际地执行过每一条重写后的sql语句，是根本无法知道，在所有待选sql语句中到底哪一条的性能最好。因此，实际的途径是，测试运行所有的待选sql语句。图2中的esr例子使用了这一方法并附加提供了测试选项来找到性能最好的sql语句。用户可以选择，什么时候来开始测试和允许进行多长时间的测试。此外，esr的重要性还在于，整个优化过程不需要使用者具有数据库专家的经验。正如我们所知道的，不同的sql语法可以引起数据库查询优化器产生不同的执行计划，因此esr也必须具有模拟人工重写sql语句的能力。递归式sql语法转换技术，正是用来模拟人的sql转换方法。它合并一系列有用的转换规则，并使用一次触发一条的方法来转换sql语句。所有的转换规则是不互相依赖的，就像一个个密封的小门，只有在所有必需的条件都满足的情况下，某个密封门才会被打开。这保证了重写后的sql语句与原sql语句在语义上是等效的。

esr技术的展望

随着硬件的升级，esr能够合并更多的sql转换规则，来处理数据库的新特性和更复杂的sql语句，理论上，规则的数量是没有限制的。将来，随着数据库生产商在让用户影响数据库优化器方面更加开放，esr将会在优化策略方面得到更多的控制。毫无疑问，esr将会在分担数据库查询优化器的工作负荷上，扮演越来越重要的角色。