SQL查询的优化技巧详解

2024-03-01 0 696
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  • 前言
  • 创建合适的索引
  • 避免索引失效
  • 只返回需要的结果
  • 优化多表连接
  • 尽量避免使用子查询
  • 优化集合操作
  • 记住SQL子句的逻辑执行顺序

前言

查询优化的本质是让数据库优化器为SQL语句选择最佳的执行计划。

一般来说,对于在线交易处理(OLTP)系统的数据库,减少数据库磁盘I/O是SQL语句性能优化的首要方法,因为磁盘访问通常是数据库性能的瓶颈所在。

另外,我们还需要考虑降低CPU和内存的消耗。例如DISTINCT、GROUP BY、ORDER BY等操作都会涉及CPU运算,需要占用内存或者使用临时磁盘文件,这些都是我们优化的目标。

创建合适的索引

索引是优化查询性能的重要方法,因此我们首先需要了解哪些字段适合创建索引:

  • 基于经常出现在WHERE条件中的字段建立索引,可以避免全表扫描。
  • 基于多表连接查询的关联字段(通常是外键)建立索引,可以提高连接查询的性能。
  • 将GROUP BY分组字段加入索引中,可以利用索引实现分组。
  • 将ORDER BY排序字段加入索引中,可以避免额外的排序操作。

另外,我们在创建索引时尽量选择区分度高的字段,比如手机号、姓名等。“性别”这种重复性极高的字段不适合单独创建索引,必要时可以考虑和其他字段一起创建复合索引。

对于复合索引,查询条件中最常出现的字段应该放在索引的最左边,这被称为复合索引最左前缀原则,例如:

–创建表
CREATE TABLE test(
id number not null,
col1 number,
col2 number,
col3 varchar2(100),
PRIMARY KEY (id)
);
–利用递归往表中插入1000条记录
INSERT INTO test
WITH t (id,c1,c2,c3) AS (
SELECT 1 id,1 c1,1 c2,1 c3 FROM dual
UNION ALL
SELECT id+1,c1+1,c2+2,c3+3 FROM t
WHERE id<1000
)
SELECT * FROM t;

我们首先创建了一个测试表test,然后利用一个递归通用表表达式插入了1000行数据。

假如我们经常同时使用col1和col2字段作为查询条件,另外也会单独使用col2字段作为查询条件,可以创建以下复合索引:

CREATE INDEX idx_test
ON test(col2,col1);

其中col2字段在前,col1字段在后。下面以Oracle数据库为例,查看这两种查询条件下的执行计划:

SQL查询的优化技巧详解

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执行计划显示,在这两种情况下,均可以通过索引idx_test查找数据。

如果我们需要单独使用col1字段作为查询条件,则通过全表扫描来查找数据。

SQL查询的优化技巧详解

另外,我们还需要了解一些不适合创建索引的情况。

例如,频繁更新的字段不适合创建索引,因为更新索引也需要付出代价。表中的数据量很少时无须创建索引,因为在这种情况下全表扫描可能更快。

最后,对于大文本数据的检索可以考虑使用全文搜索技术。

避免索引失效

虽然我们已经创建了合适的索引,但是如果查询语句中的WHERE子句编写不当,仍然可能会导致数据库无法使用索引。

首先,在查询条件中对索引字段进行运算或者使用函数都会导致索引失效,例如:

SQL查询的优化技巧详解

查询条件中的UPPER函数会导致索引失效,因为索引中并没有存储大写形式的email。

其次,我们在使用LIKE运算符进行匹配时,如果通配符出现在左侧,也会导致索引失效,例如:

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以上语句将会使用全表扫描的方式来查找数据,只有匹配模式左侧是确定的内容(比如“张%”)时,才可能会使用索引查找数据。

如果业务需求中确实存在这类模糊匹配,我们可以考虑使用全文索引或者专门的全文搜索引擎。

如果我们在某个字段上创建了索引,则应该尽量将其设置为NOT NULL。这是因为不是所有的数据库在使用IS [NOT] NULL运算符时,都会通过索引查找数据。

以下是一个Oracle示例:

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Oracle不会针对索引字段为NULL的数据进行索引,因此该查询使用了全表扫描。

另外,在之前的文章中介绍了NULL值可能导致的各种问题。因此,建议将索引字段设置为NOT NULL,并且为其指定一个特殊的默认值来表示缺失值。

只返回需要的结果

SELECT*表示查询表中的全部字段,这种写法通常会返回不必要的字段,从而影响查询的性能。

这是因为数据库需要读取更多的数据,同时需要通过网络传输更多的数据,而客户端可能并不需要这些信息。

以下是一个Oracle示例:

SQL查询的优化技巧详解

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第一个查询语句需要返回所有的字段,使用了全表扫描。

第二个查询只需返回员工的姓名,通过扫描索引 idx_emp_name就可以得到查询结果,甚至不用访问表。

因此,我们在开发和测试过程中可以使用SELECT*这种方式快速编写查询,但是在实际应用中应该严格控制只返回业务需要的字段。

优化多表连接

连接查询首先需要避免缺少连接条件导致的笛卡儿积,因为这是非常消耗资源的操作。

对于连接查询中使用的关联字段,我们应该确保它们的数据类型和字符集相同,并且创建了合适的索引。

对于多表连接查询,数据库的实现算法通常有以下三种。

  • 嵌套循环连接(Nested Loop Join):针对驱动表(外表)中的每条记录,遍历另一个表并找到匹配的数据,相当于两层FOR循环。这种方式适用于驱动表数据比较少,并且连接表中有索引的情况。
  • 哈希连接(Hash Join):将其中一个表的连接字段计算出一个哈希表,然后从另一个表中一次获取记录并计算哈希值,根据两个哈希值来匹配符合条件的记录。这种方式在数据量大且没有创建索引的情况下的性能可能更好。
  • 排序合并连接(Sort Merge Join):首先将两个表中的数据基于连接字段分别进行排序,然后合并排序后的结果。这种方式通常用于没有创建索引,并且数据已经排序的情况。
  • 数据库优化器选择哪种算法取决于许多因素,比如表中的数据量、关联字段是否已经排序或者创建索引等。

    一般连接查询的表较少时,优化器可以自行选择合适的实现方法。当复杂查询性能不够理想时,我们可以通过执行计划来查看是否需要采用创建索引、调整多表连接的顺序或者指定连接方法等进行优化。

    另外,还有一种优化连接查询的方法,就是通过增加冗余字段来减少连接查询的数量。

    尽量避免使用子查询

    非关联子查询可以单独执行,比较容易处理。我们通常需要优化的是关联子查询。以下是一个Oracle示例,该查询返回了月薪高于部门平均月薪的员工:

    SQL查询的优化技巧详解

    以下语句将该子查询替换为等价的连接查询,从而实现了子查询的展开(Subquery Unnest):

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    从执行计划看,两种方式没有差别,但是如果换作MySQL数据库,使用第二种方法查询效率会更高。建议使用第二种写法。

    第二种写法利用了物化(Materialization)技术,将子查询的结果保存为一个内存临时表,然后与employee表进行嵌套循环连接。

    优化集合操作

    集合操作符,其中UNION和UNION ALL都是并集操作符,它们的主要区别在于UNION需要将合并后的结果进行去重。

    例如,以下是一个Oracle中的示例:

    SQL查询的优化技巧详解

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    从执行计划中可以看出,UNION操作符需要执行一个额外SORT UNIQUE的操作。

    记住SQL子句的逻辑执行顺序

    完整SQL查询语句:

    SQL查询的优化技巧详解

    以上是SQL查询中各个子句的编写顺序,前面括号内的数字代表了它们的逻辑执行顺序。也就是说,数据库并非按照编写顺序先执行SELECT子句,然后再执行FROM子句等。从逻辑上讲,SQL子句的执行顺序如下:

    (1)首先,FROM和JOIN是SQL语句执行的第一步。它们的结果是一个笛卡儿积,该结果决定了接下来要操作的数据集。注意,逻辑执行顺序并不代表物理执行顺序,实际上数据库在获取表中的数据之前会应用ON和WHERE过滤条件进行访问优化。

    (2)然后,应用ON条件对上一步的结果进行过滤,并生成新的数据集。

    (3)接着执行WHERE子句,对上一步的数据集进行过滤。WHERE和ON子句在大多数情况下的效果相同,但是在外连接查询中有所区别。

    (4)下一步,基于GROUP BY子句指定的表达式进行分组,同时对于每个分组计算聚合函数agg_func的结果。经过GROUP BY处理之后,数据集的结构就发生了变化,只保留了分组字段和聚合函数的结果。

    (5)如果存在GROUP BY子句,可以进一步利用HAVING子句对分组后的结果进行过滤。

    (6)接下来,SELECT子句可以指定要返回的字段。如果指定了DISTINCT关键字,数据库需要对结果进行去重操作。另外,数据库还会为指定了AS的字段生成别名。

    (7)如果还有集合操作符(UNION、INTERSECT、EXCEPT)和其他的SELECT语句,执行该查询,之后合并两个结果集。对于集合操作中的多个SELECT语句,数据库通常可以支持并发执行。

    (8)随后应用ORDER BY子句对结果进行排序。如果存在GROUP BY子句或者DISTINCT关键字,就只能使用分组字段和聚合函数进行排序;否则可以使用表中的任何字段排序。

    (9)最后,利用OFFSET和FETCH(LIMIT、TOP)子句限定返回的行数。

    理解以上SQL子句的逻辑执行顺序也可以帮助我们进行查询优化。例如,WHERE子句在HAVING子句之前执行,因此我们应该尽量使用WHERE子句进行数据过滤,除非业务逻辑需要基于聚合函数的结果进行过滤。

    另外,了解SQL子句的逻辑执行顺序还可以帮助我们避免一些常见的错误,例如:

    SQL查询的优化技巧详解

    该语句的错误在于WHERE条件中引用了列别名。从SQL子句的逻辑执行顺序中可以看出,数据库使用WHERE条件过滤数据时还没有执行SELECT子句,也就还没有生成字段的别名。

    另一个需要注意的操作就是GROUP BY,常见错误示例:

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    经过GROUP BY子句处理之后,结果中只保留了分组字段和聚合函数的值,示例中的emp_name字段已经不存在了。从逻辑上来说,按照部门分组统计之后再显示某个员工的姓名没有意义。

    如果需要同时显示员工信息和所在部门的汇总结果,可以使用窗口函数。

    还有一些逻辑问题可能不会直接导致查询出错,但是会返回不正确的结果,例如外连接查询中的ON和WHERE子句。以下是一个左外连接查询的示例:

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    第一个查询语句在ON子句中指定了连接的条件,然后通过WHERE子句找出“张飞”。

    第二个查询语句将所有的过滤条件都放在ON子句中,结果返回了所有员工的姓名。这是因为左外连接会返回左表中的全部数据,即使ON子句中指定了员工姓名,也不会生效。

    如果把查询二中的LEFT JOIN 更换为INNER JOIN,也可以避免该问题:

    SQL查询的优化技巧详解

    SQL语句的声明性使得我们无须关心具体的数据库实现,但同时也可能因此导致查询的性能问题。

    SQL语句性能优化只是数据库性能优化的一部分,其他技术还包括表结构的优化、数据库配置参数优化、操作系统和硬件调整以及架构优化(分库分表、读写分离等)。

    到此这篇关于SQL查询的优化技巧详解的文章就介绍到这了,更多相关SQL查询优化内容请搜索悠久资源以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持悠久资源!

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