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数据库系统中SQL语句的优化技术


摘要:SQL语句的优化是将性能低下的SQL语句转换成目的相同的性能优异的SQL语句。人工智能自动SQL优化就是使用人工智能技术,自动对SQL语句进行重写,从而找到性能最好的等效SQL语句。 关键词:人工智能;自动优化;SQL语句优化 一个数据库系统的生命周期可以分成:设计、开发和成品三个阶段。在设计阶段进行数据库性能优化的成本最低,收益最大。在成品阶段进行数据库性能优化的成本最高,收益最小。数据库的优化通常可以通过对网络、硬件、操作系统、数据库参数和应用程序的优化来进行。最常见的优化手段就是对硬件的升级。根据统计,对网络、硬件、操作系统、数据库参数进行优化所获得的性能提升,全部加起来只占数据库系统性能提升的40%左右,其余的60%系统性能提升来自对应用程序的优化。许多优化专家认为,对应用程序的优化可以得到80%的系统性能的提升。应用程序的优化通常可分为两个方面:源代码和SQL语句。由于涉及到对程序逻辑的改变,源代码的优化在时间成本和风险上代价很高,而对数据库系统性能的提升收效有限。 1.1为什么要优化SQL语句 第一、SQL语句是对数据库进行操作的惟一途径,对数据库系统的性能起着决定性的作用。 第二、SQL语句消耗了70%至90%的数据库资源。 第三、SQL语句独立于程序设计逻辑,对SQL语句进行优化不会影响程序逻辑。 第四、SQL语句有不同的写法,在性能上的差异非常大。 第五、SQL语句易学,但难精通。 优化SQL语句的传统方法是通过手工重写来对SQL语句进行优化。DBA或资深程序员通过对SQL语句执行计划的分析,依靠经验,尝试重写SQL语句,然后对结果和性能进行比较,以试图找到性能较佳的SQL语句。这种传统上的作法无法找出SQL语句的所有可能写法,且依赖于人的经验,非常耗费时间。 1.2 SQL优化技术的发展历程 第一代SQL优化工具是执行计划分析工具。这类工具针对输入的SQL语句,从数据库提取执行计划,并解释执行计划中关键字的含义。 第二代SQL优化工具只能提供增加索引的建议,它通过对输入的SQL语句的执行计划的分析,来产生是否要增加索引的建议。 第三代SQL优化工具不仅分析输入SQL语句的执行计划,还对输入的SQL语句本身进行语法分析,经过分析产生写法上的改进建议。 1.3人工智能自动SQL优化 人工智能自动SQL优化出现在90年代末。目前在商用数据库领域,LECCO Technology Limited(灵高科研有限公司)拥有该技术,并提供使用该技术的自动优化产品LECCO SQL Expert,它支持Oracle、Sybase、MS SQL Server和IBM DB2数据库平台。该产品针对数据库应用的开发和维护阶段提供的模块有:SQL语法优化器、PL/SQL集成化开发调试环境(IDE)、扫描器、数据库监视器等。其核心模块SQL 语法优化器的工作原理为:①输入一条源SQL语句;②“人工智能反馈式搜索引擎”对输入的SQL语句,结合检测到的数据库结构和索引进行重写,产生N条等效的SQL语句输出;③产生的N条等效SQL语句再送入“人工智能反馈式搜索引擎”进行重写,直至无法产生新的输出或搜索限额满;④对输出的SQL语句进行过滤,选出具有不同执行计划的SQL语句;⑤对得到的SQL语句进行批量测试,找出性能最好的SQL语句。 2 LECCO SQL Expert自动优化实例 2.1假设我们从源代码中抽取出这条SQL语句(也可以通过内带的扫描器或监视器获得SQL语句): SELECT COUNT(*) 论文下载 FROM EMPLOYEE swheresEXISTS (SELECT 'X' FROM DEPARTMENT swheresEMP_DEPT=DPT_ID AND DPT_NAME LIKE 'AC%') AND EMP_ID IN (SELECT SAL_EMP_ID FROM EMP_SAL_HIST B swheresSAL_SALARY > 70000) 按下“优化”按钮后,经过10几秒,SQL Expert就完成了优化的过程,并在这10几秒的时间里重写产生了2267 条等价的SQL语句,其中136条SQL语句有不同的执行计划。 接下来,我们可以对自动重写产生的136条SQL语句进行批运行测试,以选出性能最佳的等效SQL语句。按下“批运行” 按钮,在“终止条件” 页选择“最佳运行时间SQL语句”,按“确定”。 经过几分钟的测试运行后,我们可以发现SQL124的运行时间和反应时间最短。运行速度约有22.75倍的提升(源SQL语句运行时间为2.73秒,SQL124运行时间为0.12秒)。现在我们就可以把SQL124放入源代码中,结束一条SQL语句的优化工作了。 2.2“边做边学式训练”提升SQL开发水平 LECCO SQL Expert不仅能够找到最佳的SQL语句,它所提供的“边做边学式训练”还能够教开发人员和数据库管理员如何写出性能最好的SQL语句。LECCO SQL Expert的“SQL比较器”可以标明源SQL和待选SQL间的不同之处。 以上面优化的结果为例,为了查看源SQL语句和SQL124在写法上有什么不同,我们可以按下“比较器” 按钮,对SQL124和源SQL语句进行比较。“SQL 比较器”将SQL124相对于源SQL语句的不同之处以蓝颜色表示了出来。如果选择“双向比较”复选框,“SQL 比较器”可以将两条SQL语句的不同之处以蓝色表示。当然,我们也可以从源语句和重写后的SQL 语句中任选两条进行比较。 从比较的结果可以看到,重写后的SQL124把第一个Exists改写成了In;在字段DPT_ID上进行了合并空字符串的操作,以诱导数据库先执行子查询中的 (SELECT DPT_ID||'' FROM DEPARTMENT WHERE DPT_NAME LIKE 'AC%') 在子查询完成后,再与EMPLOYEE表进行嵌套循环连接(Nested Loop Join)。 如果觉得对写法的改变难以理解,还可以点中“执行计划”复选框,通过比较两条SQL语句的执行计划的不同,来了解其中的差异。在查看执行计划过程中,如果有什么不明白的地方,可以点中“SQL信息按钮”,再点击执行计划看不明白的地方,LECCO SQL Expert的上下文敏感帮助系统将提供执行计划该处的解释。 在“SQL比较器”中,选中“统计信息”复选框后,可得到详细的两条SQL语句运行时的统计信息比较,这对于学习不同的SQL写法对数据库资源的消耗很有帮助。 2.3 LECCO SQL Expert优化模块的特点 LECCO SQL Expert优化模块的特点主要表现为:自动优化SQL语句;以独家的人工智能知识库“反馈式搜索引擎”来重写性能优异的SQL语句;找出所有等效的SQL语句及可能的执行计划;保证产生相同的结果;先进的SQL语法分析器能处理最复杂的SQL语句;可以重写SELECT、SELECT INTO、UPDATE、INSERT和DELETE语句;通过测试运行,为应用程序和数据库自动找到性能最好的SQL语句;提供微秒级的计时,能够优化Web应用程序和有大量用户的在线事务处理中运行时间很短的SQL语句;为开发人员提供“边做边学式训练”,迅速提高开发人员的SQL编程技能;提供上下文敏感的执行计划帮助系统和SQL运行状态帮助;不是猜测或建议,而是独一无二的SQL重写解决方案。 2.4写出专家级的SQL语句 LECCO SQL Expert的出现,使SQL的优化变得极其简单,只要能够写出SQL语句,它就能帮用户找到最好性能的写法。LECCO SQL Expert不仅能在很短的时间内找到所有可能的优化方案,而且能够通过实际测试,确定最有效的优化方案。同以往的数据库优化手段相比较,LECCO SQL Expert将数据库优化技术带到了一个崭新的技术高度,依赖人的经验、耗费大量时间、受人的思维束缚的数据库优化手段已经被高效、省时且准确的自动优化软件所取代了。通过内建的“LECCO小助手”的帮助,即使是SQL的开发新手,也能快速且简单地写出专家级的SQL语句。 参考文献 1张孔倚.关于人工智能技术在情报检索中的应用.山西大学学报,2007(3) 2涂序彦.人工智能及其应用.北京:清华大学出版社,2006 3刘宁.用于情报检索的专家系统.现代图书情报技术,2005 (1) 4李明,沈红君.情报检索智能化.情报理论与实践,2005(6)
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