解读Oracle数据库SQL语句性能调整的基本原则

这篇文章详细的介绍了Oracle数据库SQL语句性能调整的基本原则，具体内容请参考下文。

一、问题的提出

在应用系统开发初期，由于开发数据库数据比较少，对于查询SQL语句，复杂视图的的编写等体会不出SQL语句各种写法的性能优劣，但是如果将应用系统提交实际应用后，随着数据库中数据的增加，系统的响应速度就成为目前系统需要解决的最主要的问题之一。系统优化中一个很重要的方面就是SQL语句的优化。对于海量数据，劣质SQL语句和优质SQL语句之间的速度差别可以达到上百倍，可见对于一个系统不是简单地能实现其功能就可，而是要写出高质量的SQL语句，提高系统的可用性。

在多数情况下，Oracle使用索引来更快地遍历表，优化器主要根据定义的索引来提高性能。但是，如果在SQL语句的where子句中写的SQL代码不合理，就会造成优化器删去索引而使用全表扫描，一般就这种SQL语句就是所谓的劣质SQL语句。在编写SQL语句时我们应清楚优化器根据何种原则来删除索引，这有助于写出高性能的SQL语句。

二、SQL语句编写注意问题

下面就某些SQL语句的where子句编写中需要注意的问题作详细介绍。在这些where子句中，即使某些列存在索引，但是由于编写了劣质的SQL，系统在运行该SQL语句时也不能使用该索引，而同样使用全表扫描，这就造成了响应速度的极大降低。

1. IS NULL 与 IS NOT NULL

不能用null作索引，任何包含null值的列都将不会被包含在索引中。即使索引有多列这样的情况下，只要这些列中有一列含有null，该列就会从索引中排除。也就是说如果某列存在空值，即使对该列建索引也不会提高性能。任何在where子句中使用is null或is not null的语句优化器是不允许使用索引的。

2. 联接列

对于有联接的列，即使最后的联接值为一个静态值，优化器是不会使用索引的。我们一起来看一个例子，假定有一个职工表(employee)，对于一个职工的姓和名分成两列存放(FIRST_NAME和LAST_NAME)，现在要查询一个叫比尔.克林顿(Bill Cliton)的职工。

下面是一个采用联接查询的SQL语句:

select * from employss

where

first_name||''||last_name ='Beill Cliton';

上面这条语句完全可以查询出是否有Bill Cliton这个员工，但是这里需要注意，系统优化器对基于last_name创建的索引没有使用。

当采用下面这种SQL语句的编写，Oracle系统就可以采用基于last_name创建的索引。

Select * from employee

where

first_name ='Beill' and last_name ='Cliton';

遇到下面这种情况又如何处理呢?如果一个变量(name)中存放着Bill Cliton这个员工的姓名，对于这种情况我们又如何避免全程遍历，使用索引呢?可以使用一个函数，将变量name中的姓和名分开就可以了，但是有一点需要注意，这个函数是不能作用在索引列上。下面是SQL查询脚本：

select * from employee

where

first_name = SUBSTR('&&name',1,INSTR('&&name',' ')-1)

and

last_name = SUBSTR('&&name',INSTR('&&name’,' ')+1)

3. 带通配符(%)的like语句

同样以上面的例子来看这种情况。目前的需求是这样的，要求在职工表中查询名字中包含cliton的人。可以采用如下的查询SQL语句：

select * from employee where last_name like '%cliton%';

这里由于通配符(%)在搜寻词首出现，所以Oracle系统不使用last_name的索引。在很多情况下可能无法避免这种情况，但是一定要心中有底，通配符如此使用会降低查询速度。然而当通配符出现在字符串其他位置时，优化器就能利用索引。在下面的查询中索引得到了使用：

select * from employee where last_name like 'c%';

4. Order by语句

ORDER BY语句决定了Oracle如何将返回的查询结果排序。Order by语句对要排序的列没有什么特别的限制，也可以将函数加入列中(象联接或者附加等)。任何在Order by语句的非索引项或者有计算表达式都将降低查询速度。

仔细检查order by语句以找出非索引项或者表达式，它们会降低性能。解决这个问题的办法就是重写order by语句以使用索引，也可以为所使用的列建立另外一个索引，同时应绝对避免在order by子句中使用表达式。

5. NOT

我们在查询时经常在where子句使用一些逻辑表达式，如大于、小于、等于以及不等于等等，也可以使用and(与)、or(或)以及not(非)。NOT可用来对任何逻辑运算符号取反。下面是一个NOT子句的例子：

... where not (status ='VALID')

如果要使用NOT，则应在取反的短语前面加上括号，并在短语前面加上NOT运算符。NOT运算符包含在另外一个逻辑运算符中，这就是不等于(<>)运算符。换句话说，即使不在查询where子句中显式地加入NOT词，NOT仍在运算符中，见下例：

... where status <>'INVALID';

再看下面这个例子：

select * from employee where salary<>3000;

对这个查询，可以改写为不使用NOT：

select * from employee where salary<3000 or salary>3000;

虽然这两种查询的结果一样，但是第二种查询方案会比第一种查询方案更快些。第二种查询允许Oracle对salary列使用索引，而第一种查询则不能使用索引。

6. IN和EXISTS

有时候会将一列和一系列值相比较。最简单的办法就是在where子句中使用子查询。在where子句中可以使用两种格式的子查询。

第一种格式是使用IN操作符：

... where column in(select * from ... where ...);

第二种格式是使用EXIST操作符：

... where exists (select 'X' from ...where ...);

我相信绝大多数人会使用第一种格式，因为它比较容易编写，而实际上第二种格式要远比第一种格式的效率高。在Oracle中可以几乎将所有的IN操作符子查询改写为使用EXISTS的子查询。

第二种格式中，子查询以‘select 'X'开始。运用EXISTS子句不管子查询从表中抽取什么数据它只查看where子句。这样优化器就不必遍历整个表而仅根据索引就可完成工作(这里假定在where语句中使用的列存在索引)。相对于IN子句来说，EXISTS使用相连子查询，构造起来要比IN子查询困难一些。

通过使用EXIST，Oracle系统会首先检查主查询，然后运行子查询直到它找到第一个匹配项，这就节省了时间。Oracle系统在执行IN子查询时，首先执行子查询，并将获得的结果列表存放在在一个加了索引的临时表中。在执行子查询之前，系统先将主查询挂起，待子查询执行完毕，存放在临时表中以后再执行主查询。这也就是使用EXISTS比使用IN通常查询速度快的原因。

同时应尽可能使用NOT EXISTS来代替NOT IN，尽管二者都使用了NOT(不能使用索引而降低速度)，NOT EXISTS要比NOT IN查询效率更高。

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Oracle的SQL调优是一个复杂的主题，甚至是需要整本书来介绍OracleSQL调优的细微差别。不过有一些基本的规则是每个OracleDBA都需要跟从的，这些规则可以改善他们系统的性能。SQL调优的目标是简单的：

消除不必要的大表全表搜索：不必要的全表搜索导致大量不必要的I/O，从而拖慢整个数据库的性能。调优专家首先会根据查询返回的行数目来评价SQL。在一个有序的表中，如果查询返回少于40%的行，或者在一个无序的表中，返回少于7%的行，那么这个查询都可以调整为使用一个索引来代替全表搜索。对于不必要的全表搜索来说，最常见的调优方法是增加索引。可以在表中加入标准的B树索引，也可以加入bitmap和基于函数的索引。要决定是否消除一个全表搜索，你可以仔细检查索引搜索的I/O开销和全表搜索的开销，它们的开销和数据块的读取和可能的并行执行有关，并将两者作对比。在一些情况下，一些不必要的全表搜索的消除可以通过强制使用一个index来达到，只需要在SQL语句中加入一个索引的提示就可以了。

在全表搜索是一个最快的访问方法时，将小表的全表搜索放到缓存中，调优专家应该确保有一个专门的数据缓冲用作行缓冲。在Oracle7中，你可以使用altertablexxxcache语句，在Oracle8或以上，小表可以被强制为放到KEEP池中缓冲。

确保最优的索引使用：对于改善查询的速度，这是特别重要的。有时Oracle可以选择多个索引来进行查询，调优专家必须检查每个索引并且确保Oracle使用正确的索引。它还包括bitmap和基于函数的索引的使用。

确保最优的JOIN操作：有些查询使用NESTEDLOOPjoin快一些，有些则是HASHjoin快一些，另外一些则是sort-mergejoin更快。

这些规则看来简单，不过它们占SQL调优任务的100%，并且它们也无需完全懂得OracleSQL的内部运作。以下我们来简单概览以下OracleSQL的优化。

我们首先简要查看Oracle的排序，并且看一看排序操作是如何影响性能的。

调整Oracle的排序操作

排序是SQL语法中一个小的方面，但很重要，在Oracle的调整中，它常常被忽略。当使用createindex、ORDERBY或者GROUPBY的语句时，Oracle数据库将会自动执行排序的操作。通常，在以下的情况下Oracle会进行排序的操作：

使用Orderby的SQL语句

使用Groupby的SQL语句

在创建索引的时候

进行tablejoin时，由于现有索引的不足而导致SQL优化器调用MERGESORT

当与Oracle建立起一个session时，在内存中就会为该session分配一个私有的排序区域。如果该连接是一个专用的连接(dedicatedconnection)，那么就会根据init.ora中sort_area_size参数的大小在内存中分配一个ProgramGlobalArea(PGA)。如果连接是通过多线程服务器建立的，那么排序的空间就在large_pool中分配。不幸的是，对于所有的session，用做排序的内存量都必须是一样的，我们不能为需要更大排序的操作分配额外的排序区域。因此，设计者必须作出一个平衡，在分配足够的排序区域以避免发生大的排序任务时出现磁盘排序(disksorts)的同时，对于那些并不需要进行很大排序的任务，就会出现一些浪费。当然，当排序的空间需求超出了sort_area_size的大小时，这时将会在TEMP表空间中分页进行磁盘排序。磁盘排序要比内存排序大概慢14,000倍。

上面我们已经提到，私有排序区域的大小是有init.ora中的sort_area_size参数决定的。每个排序所占用的大小由init.ora中的sort_area_retained_size参数决定。当排序不能在分配的空间中完成时，就会使用磁盘排序的方式，即在Oracle实例中的临时表空间中进行。

磁盘排序的开销是很大的，有几个方面的原因。首先，和内存排序相比较，它们特别慢;而且磁盘排序会消耗临时表空间中的资源。Oracle还必须分配缓冲池块来保持临时表空间中的块。无论什么时候，内存排序都比磁盘排序好，磁盘排序将会令任务变慢，并且会影响Oracle实例的当前任务的执行。还有，过多的磁盘排序将会令freebufferwaits的值变高，从而令其它任务的数据块由缓冲中移走。