使用执行计划优化SQL语句

在PL/SQL Developer中写好一段SQL代码,按F5,或者点击“执行执行计划”图标,PL/SQL Developer会自动打开执行计划窗口,显示该SQL的执行计划。
执行计划表格内容的执行顺序是:按照从左至右,从上至下的步骤执行,具体是指执行计划按照层次逐步缩进,从左至右看,缩进最多的那一步最先执行,如果缩进量相同,则按照从上而下的方法判断执行顺序。

一.oracle访问数据的存取方法

1) 全表扫描(Full Table Scans, FTS)

为实现全表扫描,Oracle读取表中所有的行,并检查每一行是否满足语句的WHERE限制条件一个多块读操作可以使一次I/O能读取多块数据块(db_block_multiblock_read_count参数设定),而不是只读取一个数据块,这极大的减 少了I/O总次数,提高了系统的吞吐量,所以利用多块读的方法可以十分高效地实现全表扫描,而且只有在全表扫描的情况下才能使用多块读操作。在这种访问模 式下,每个数据块只被读一次。
  使用FTS的前提条件:在较大的表上不建议使用全表扫描,除非取出数据的比较多,超过总量的5% —— 10%,或你想使用并行查询功能时。

2) 通过ROWID的表存取(Table Access by ROWID或rowid lookup)

行的ROWID指出了该行所在的数据文件、数据块以及行在该块中的位置,所以通过ROWID来存取数据可以快速定位到目标数据上,是Oracle存取单行数据的最快方法。
  这种存取方法不会用到多块读操作,一次I/O只能读取一个数据块。我们会经常在执行计划中看到该存取方法,如通过索引查询数据。
  使用ROWID存取的方法:
  SQL> explain plan for select * from dept where rowid = 'AAAAyGAADAAAAATAAF';

3)索引扫描(Index Scan或index lookup)

我们先通过index查找到数据对应的rowid值(对于非唯一索引可能返回多个rowid值),然后根据rowid直接从表中得到具体的数据,这 种查找方式称为索引扫描或索引查找(index lookup)。一个rowid唯一的表示一行数据,该行对应的数据块是通过一次i/o得到的,在此情况下该次i/o只会读取一个数据库块。
  在索引中,除了存储每个索引的值外,索引还存储具有此值的行对应的ROWID值。

索引扫描可以由2步组成:

(1) 扫描索引得到对应的rowid值。
(2) 通过找到的rowid从表中读出具体的数据。
  每步都是单独的一次I/O,但是对于索引,由于经常使用,绝大多数都已经CACHE到内存中,所以第1步的 I/O经常是逻辑I/O,即数据可以从内存中得到。但是对于第2步来说,如果表比较大,则其数据不可能全在内存中,所以其I/O很有可能是物理I/O,这 是一个机械操作,相对逻辑I/O来说,是极其费时间的。所以如果多大表进行索引扫描,取出的数据如果大于总量的5% —— 10%,使用索引扫描会效率下降很多。如下列所示:

  SQL> explain plan for select empno, ename from emp where empno=10;
  Query Plan
  ------------------------------------
  SELECT STATEMENT [CHOOSE] Cost=1
  TABLE ACCESS BY ROWID EMP [ANALYZED]
  INDEX UNIQUE SCAN EMP_I1

但是如果查询的数据能全在索引中找到,就可以避免进行第2步操作,避免了不必要的I/O,此时即使通过索引扫描取出的数据比较多,效率还是很高的

 SQL> explain plan for select empno from emp where empno=10;-- 只查询empno列值
 Query Plan
 ------------------------------------
 SELECT STATEMENT [CHOOSE] Cost=1
 INDEX UNIQUE SCAN EMP_I1

进一步讲,如果sql语句中对索引列进行排序,因为索引已经预先排序好了,所以在执行计划中不需要再对索引列进行排序

 SQL> explain plan for select empno, ename from emp
  where empno > 7876 order by empno;
 Query Plan
 --------------------------------------------------------------------------------
 SELECT STATEMENT[CHOOSE] Cost=1
 TABLE ACCESS BY ROWID EMP [ANALYZED]
 INDEX RANGE SCAN EMP_I1 [ANALYZED]

从这个例子中可以看到:因为索引是已经排序了的,所以将按照索引的顺序查询出符合条件的行,因此避免了进一步排序操作。

根据索引的类型与where限制条件的不同,有4种类型的索引扫描:

索引唯一扫描(index unique scan)
索引范围扫描(index range scan)
索引全扫描(index full scan)
索引快速扫描(index fast full scan)

(1) 索引唯一扫描(index unique scan)
  通过唯一索引查找一个数值经常返回单个ROWID.如果存在UNIQUE 或PRIMARY KEY 约束(它保证了语句只存取单行)的话,Oracle经常实现唯一性扫描。
  使用唯一性约束的例子:

 SQL> explain plan for
 select empno,ename from emp where empno=10;
 Query Plan
 ------------------------------------
 SELECT STATEMENT [CHOOSE] Cost=1
 TABLE ACCESS BY ROWID EMP [ANALYZED]
 INDEX UNIQUE SCAN EMP_I1

(2) 索引范围扫描(index range scan)
  使用一个索引存取多行数据,在唯一索引上使用索引范围扫描的典型情况下是在谓词(where限制条件)中使用了范围操作符(如>、<、<>、>=、<=、between)
  使用索引范围扫描的例子:

 SQL> explain plan for select empno,ename from emp
  where empno > 7876 order by empno;
 Query Plan
 --------------------------------------------------------------------------------
 SELECT STATEMENT[CHOOSE] Cost=1
 TABLE ACCESS BY ROWID EMP [ANALYZED]
 INDEX RANGE SCAN EMP_I1 [ANALYZED]

在非唯一索引上,谓词col = 5可能返回多行数据,所以在非唯一索引上都使用索引范围扫描。
  使用index rang scan的3种情况
  (a) 在唯一索引列上使用了range操作符(> < <> >= <= between)
  (b) 在组合索引上,只使用部分列进行查询,导致查询出多行
  (c) 对非唯一索引列上进行的任何查询。

(3) 索引全扫描(index full scan)
  与全表扫描对应,也有相应的全索引扫描。而且此时查询出的数据都必须从索引中可以直接得到。
  全索引扫描的例子:

 An Index full scan will not perform. single block i/o''s and so it may prove to be inefficient.
 e.g.
 Index BE_IX is a concatenated index on big_emp (empno, ename)
 SQL> explain plan for select empno, ename from big_emp order by empno,ename;
 Query Plan
 --------------------------------------------------------------------------------
 SELECT STATEMENT[CHOOSE] Cost=26
 INDEX FULL SCAN BE_IX [ANALYZED]

(4) 索引快速扫描(index fast full scan)
  扫描索引中的所有的数据块,与 index full scan很类似,但是一个显著的区别就是它不对查询出的数据进行排序,即数据不是以排序顺序被返回。在这种存取方法中,可以使用多块读功能,也可以使用并行读入,以便获得最大吞吐量与缩短执行时间。
  索引快速扫描的例子:
  BE_IX索引是一个多列索引: big_emp (empno,ename)

 SQL> explain plan for select empno,ename from big_emp;
 Query Plan
 ------------------------------------------
 SELECT STATEMENT[CHOOSE] Cost=1
 INDEX FAST FULL SCAN BE_IX [ANALYZED]


 只选择多列索引的第2列:
 SQL> explain plan for select ename from big_emp;
 Query Plan
 ------------------------------------------
 SELECT STATEMENT[CHOOSE] Cost=1
 INDEX FAST FULL SCAN BE_IX [ANALYZED]

二、表之间的连接

Join是一种试图将两个表结合在一起的谓词,一次只能连接2个表,表连接也可以被称为表关联。在后面的叙 述中,我们将会使用“row source”来代替“表”,因为使用row source更严谨一些,并且将参与连接的2个row source分别称为row source1和row source 2.Join过程的各个步骤经常是串行操作,即使相关的row source可以被并行访问,即可以并行的读取做join连接的两个row source的数据,但是在将表中符合限制条件的数据读入到内存形成row source后,join的其它步骤一般是串行的。有多种方法可以将2个表连接起来,当然每种方法都有自己的优缺点,每种连接类型只有在特定的条件下才会 发挥出其最大优势。
  row source(表)之间的连接顺序对于查询的效率有非常大的影响。通过首先存取特定的表,即将该表作为驱动表,这样可以先应用某些限制条件,从而得到一个 较小的row source,使连接的效率较高,这也就是我们常说的要先执行限制条件的原因。一般是在将表读入内存时,应用where子句中对该表的限制条件。
  根据2个row source的连接条件的中操作符的不同,可以将连接分为等值连接(如WHERE A.COL3 = B.COL4)、非等值连接(WHERE A.COL3 > B.COL4)、外连接(WHERE A.COL3 = B.COL4(+))。上面的各个连接的连接原理都基本一样,所以为了简单期间,下面以等值连接为例进行介绍。
  在后面的介绍中,都以以下Sql为例进行说明:
  SELECT A.COL1, B.COL2
  FROM A, B
  WHERE A.COL3 = B.COL4;
  假设A表为Row Soruce1,则其对应的连接操作关联列为COL 3;
  B表为Row Soruce2,则其对应的连接操作关联列为COL 4;

连接类型:

目前为止,无论连接操作符如何,典型的连接类型共有3种:
  排序 - - 合并连接(Sort Merge Join (SMJ) )
  嵌套循环(Nested Loops (NL) )
  哈希连接(Hash Join)
  另外,还有一种Cartesian product(笛卡尔积),一般情况下,尽量避免使用。

1,排序 - - 合并连接(Sort Merge Join, SMJ)
  内部连接过程:
  1) 首先生成row source1需要的数据,然后对这些数据按照连接操作关联列(如A.col3)进行排序。
  2) 随后生成row source2需要的数据,然后对这些数据按照与sort source1对应的连接操作关联列(如B.col4)进行排序。
  3) 最后两边已排序的行被放在一起执行合并操作,即将2个row source按照连接条件连接起来

下面是连接步骤的图形表示:

 MERGE
 /\
 SORTSORT
 ||
 Row Source 1Row Source 2

如果row source已经在连接关联列上被排序,则该连接操作就不需要再进行sort操作,这样可以大大提高这种连接操作的连接速度,因为排序是个极其费资源的操 作,特别是对于较大的表。预先排序的row source包括已经被索引的列(如a.col3或b.col4上有索引)或row source已经在前面的步骤中被排序了。尽管合并两个row source的过程是串行的,但是可以并行访问这两个row source(如并行读入数据,并行排序)。
  SMJ连接的例子:

 SQL> explain plan for
 select/*+ ordered */e.deptno, d.deptno
 from emp e, dept d
 where e.deptno = d.deptno
 order by e.deptno, d.deptno;
 Query Plan
 -------------------------------------
 SELECT STATEMENT [CHOOSE] Cost=17
 MERGE JOIN
 SORT JOIN
 TABLE ACCESS FULL EMP [ANALYZED]
 SORT JOIN
 TABLE ACCESS FULL DEPT [ANALYZED]

排序是一个费时、费资源的操作,特别对于大表。基于这个原因,SMJ经常不是一个特别有效的连接方法,但是如果2个row source都已经预先排序,则这种连接方法的效率也是蛮高的。

2,嵌套循环(Nested Loops, NL)
  这个连接方法有驱动表(外部表)的概念。其实,该连接过程就是一个2层嵌套循环,所以外层循环的次数越少越好,这也就是我们为什么将小表或返回较小 row source的表作为驱动表(用于外层循环)的理论依据。但是这个理论只是一般指导原则,因为遵循这个理论并不能总保证使语句产生的I/O次数最少。有时 不遵守这个理论依据,反而会获得更好的效率。如果使用这种方法,决定使用哪个表作为驱动表很重要。有时如果驱动表选择不正确,将会导致语句的性能很差、很差。
  内部连接过程:

 Row source1的Row 1 —— Probe ->Row source 2
 Row source1的Row 2 —— Probe ->Row source 2
 Row source1的Row 3 —— Probe ->Row source 2
 ……。
 Row source1的Row n —— Probe ->Row source 2

从内部连接过程来看,需要用row source1中的每一行,去匹配row source2中的所有行,所以此时保持row source1尽可能的小与高效的访问row source2(一般通过索引实现)是影响这个连接效率的关键问题。这只是理论指导原则,目的是使整个连接操作产生最少的物理I/O次数,而且如果遵守这 个原则,一般也会使总的物理I/O数最少。但是如果不遵从这个指导原则,反而能用更少的物理I/O实现连接操作,那尽管违反指导原则吧!因为最少的物理 I/O次数才是我们应该遵从的真正的指导原则,在后面的具体案例分析中就给出这样的例子。
  在上面的连接过程中,我们称Row source1为驱动表或外部表。Row Source2被称为被探查表或内部表。
  在NESTED LOOPS连接中,Oracle读取row source1中的每一行,然后在row sourc2中检查是否有匹配的行,所有被匹配的行都被放到结果集中,然后处理row source1中的下一行。这个过程一直继续,直到row source1中的所有行都被处理。这是从连接操作中可以得到第一个匹配行的最快的方法之一,这种类型的连接可以用在需要快速响应的语句中,以响应速度为 主要目标。
  如果driving row source(外部表)比较小,并且在inner row source(内部表)上有唯一索引,或有高选择性非唯一索引时,使用这种方法可以得到较好的效率。NESTED LOOPS有其它连接方法没有的的一个优点是:可以先返回已经连接的行,而不必等待所有的连接操作处理完才返回数据,这可以实现快速的响应时间。
  如果不使用并行操作,最好的驱动表是那些应用了where 限制条件后,可以返回较少行数据的的表,所以大表也可能称为驱动表,关键看限制条件。对于并行查询,我们经常选择大表作为驱动表,因为大表可以充分利用并 行功能。当然,有时对查询使用并行操作并不一定会比查询不使用并行操作效率高,因为最后可能每个表只有很少的行符合限制条件,而且还要看你的硬件配置是否 可以支持并行(如是否有多个CPU,多个硬盘控制器),所以要具体问题具体对待。
3,哈希连接(Hash Join, HJ)
  这种连接是在oracle 7.3以后引入的,从理论上来说比NL与SMJ更高效,而且只用在CBO优化器中。
  较小的row source被用来构建hash table与bitmap,第2个row source被用来被hansed,并与第一个row source生成的hash table进行匹配,以便进行进一步的连接。Bitmap被用来作为一种比较快的查找方法,来检查在hash table中是否有匹配的行。特别的,当hash table比较大而不能全部容纳在内存中时,这种查找方法更为有用。这种连接方法也有NL连接中所谓的驱动表的概念,被构建为hash table与bitmap的表为驱动表,当被构建的hash table与bitmap能被容纳在内存中时,这种连接方式的效率极高。
要使哈希连接有效,需要设置HASH_JOIN_ENABLED=TRUE,缺省情况下该参数为TRUE,另外,不要忘了还要设置 hash_area_size参数,以使哈希连接高效运行,因为哈希连接会在该参数指定大小的内存中运行,过小的参数会使哈希连接的性能比其他连接方式还 要低。

4,笛卡儿乘积(Cartesian Product)
  当两个row source做连接,但是它们之间没有关联条件时,就会在两个row source中做笛卡儿乘积,这通常由编写代码疏漏造成(即程序员忘了写关联条件)。笛卡尔乘积是一个表的每一行依次与另一个表中的所有行匹配。在特殊情况下我们可以使用笛卡儿乘积,如在星形连接中,除此之外,我们要尽量不使用笛卡儿乘积,否则,自己想结果是什么吧!

最后,总结一下,在哪种情况下用哪种连接方法比较好:

排序 - - 合并连接(Sort Merge Join, SMJ):
  a) 对于非等值连接,这种连接方式的效率是比较高的。
  b) 如果在关联的列上都有索引,效果更好。
  c) 对于将2个较大的row source做连接,该连接方法比NL连接要好一些。
  d) 但是如果sort merge返回的row source过大,则又会导致使用过多的rowid在表中查询数据时,数据库性能下降,因为过多的I/O.

嵌套循环(Nested Loops, NL):
  a) 如果driving row source(外部表)比较小,并且在inner row source(内部表)上有唯一索引,或有高选择性非唯一索引时,使用这种方法可以得到较好的效率。
  b) NESTED LOOPS有其它连接方法没有的的一个优点是:可以先返回已经连接的行,而不必等待所有的连接操作处理完才返回数据,这可以实现快速的响应时间。

哈希连接(Hash Join, HJ):
  a) 这种方法是在oracle7后来引入的,使用了比较先进的连接理论,一般来说,其效率应该好于其它2种连接,但是这种连接只能用在CBO优化器中,而且需要设置合适的hash_area_size参数,才能取得较好的性能。
  b) 在2个较大的row source之间连接时会取得相对较好的效率,在一个row source较小时则能取得更好的效率。
  c) 只能用于等值连接中

三.常用HINT

1.语法

 {DELETE|INSERT|SELECT|UPDATE} /*+ hint [text] [hint[text]]... */  
 or  
 {DELETE|INSERT|SELECT|UPDATE} --+ hint [text] [hint[text]]...  

如果语(句)法不对,则ORACLE会自动忽略所写的HINT,不报错

2./+INDEX(TABLE INDEX_NAME)/
表明对表选择索引的扫描方法.

  1. /+USE_NL(TABLE)/
    将指定表与嵌套的连接的行源进行连接,并把指定表作为内部表.
  2. /+USE_HASH(TABLE)/
    将指定的表与其他行源通过哈希连接方式连接起来.
    例如:
 SELECT /*+USE_HASH(BSEMPMS,BSDPTMS)*/ * FROM BSEMPMS,BSDPTMS WHERE BSEMPMS.DPT_NO=BSDPTMS.DPT_NO;  
  1. NO_INDEX: 指定不使用哪些索引
 /*+ NO_INDEX ( table [index [index]...] ) */  
  1. parallel:并行查询
 select /*+ parallel(emp,4)*/ * from emp where deptno=200 and sal>300;  

因为oracle默认并不会打开PDML,对DML语句必须手工启用。

 alter session enable dml parallel;

使用并行查询需要非常谨慎,会带来额外的空间占用。且不支持触发器,引用约束,高级复制和分布式事务等特性。

另:每个SELECT/INSERT/UPDATE/DELETE命令后只能有一个/*+ */,但提示内容可以有多个,可以用逗号分开,空格也可以。
 如:/*+ ordered index() use_nl() */  
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