正規(guī)論文發(fā)表數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中ＳＱＬ語(yǔ)句的優(yōu)化技術(shù)

　　摘要:SQL語(yǔ)句的優(yōu)化是將性能低下的SQL語(yǔ)句轉(zhuǎn)換成目的相同的性能優(yōu)異的SQL語(yǔ)句。人工智能自動(dòng)SQL優(yōu)化就是使用人工智能技術(shù)，自動(dòng)對(duì)SQL語(yǔ)句進(jìn)行重寫(xiě)，從而找到性能最好的等效SQL語(yǔ)句。

　　關(guān)鍵詞:人工智能,自動(dòng)優(yōu)化,SQL語(yǔ)句優(yōu)化,正規(guī)論文發(fā)表

　　一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的生命周期可以分成：設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和成品三個(gè)階段。在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化的成本最低，收益最大。在成品階段進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化的成本最高，收益最小。數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)化通常可以通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)和應(yīng)用程序的優(yōu)化來(lái)進(jìn)行。最常見(jiàn)的優(yōu)化手段就是對(duì)硬件的升級(jí)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化所獲得的性能提升，全部加起來(lái)只占數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)性能提升的40%左右，其余的60%系統(tǒng)性能提升來(lái)自對(duì)應(yīng)用程序的優(yōu)化。許多優(yōu)化專(zhuān)家認(rèn)為，對(duì)應(yīng)用程序的優(yōu)化可以得到80%的系統(tǒng)性能的提升。應(yīng)用程序的優(yōu)化通�？煞譃閮蓚�(gè)方面：源代碼和SQL語(yǔ)句。由于涉及到對(duì)程序邏輯的改變，源代碼的優(yōu)化在時(shí)間成本和風(fēng)險(xiǎn)上代價(jià)很高，而對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)性能的提升收效有限。

　　1.1為什么要優(yōu)化SQL語(yǔ)句

　　第一、SQL語(yǔ)句是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作的惟一途徑，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能起著決定性的作用。

　　第二、SQL語(yǔ)句消耗了70%至90%的數(shù)據(jù)庫(kù)資源。

　　第三、SQL語(yǔ)句獨(dú)立于程序設(shè)計(jì)邏輯，對(duì)SQL語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化不會(huì)影響程序邏輯。

　　第四、SQL語(yǔ)句有不同的寫(xiě)法，在性能上的差異非常大。

　　第五、SQL語(yǔ)句易學(xué)，但難精通。

　　優(yōu)化SQL語(yǔ)句的傳統(tǒng)方法是通過(guò)手工重寫(xiě)來(lái)對(duì)SQL語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化。DBA或資深程序員通過(guò)對(duì)SQL語(yǔ)句執(zhí)行計(jì)劃的分析，依靠經(jīng)驗(yàn)，嘗試重寫(xiě)SQL語(yǔ)句，然后對(duì)結(jié)果和性能進(jìn)行比較，以試圖找到性能較佳的SQL語(yǔ)句。這種傳統(tǒng)上的作法無(wú)法找出SQL語(yǔ)句的所有可能寫(xiě)法，且依賴(lài)于人的經(jīng)驗(yàn)，非常耗費(fèi)時(shí)間。

　　1.2 SQL優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展歷程

　　第一代SQL優(yōu)化工具是執(zhí)行計(jì)劃分析工具。這類(lèi)工具針對(duì)輸入的SQL語(yǔ)句，從數(shù)據(jù)庫(kù)提取執(zhí)行計(jì)劃，并解釋執(zhí)行計(jì)劃中關(guān)鍵字的含義。

　　第二代SQL優(yōu)化工具只能提供增加索引的建議，它通過(guò)對(duì)輸入的SQL語(yǔ)句的執(zhí)行計(jì)劃的分析，來(lái)產(chǎn)生是否要增加索引的建議。

　　第三代SQL優(yōu)化工具不僅分析輸入SQL語(yǔ)句的執(zhí)行計(jì)劃，還對(duì)輸入的SQL語(yǔ)句本身進(jìn)行語(yǔ)法分析，經(jīng)過(guò)分析產(chǎn)生寫(xiě)法上的改進(jìn)建議。

　　1.3人工智能自動(dòng)SQL優(yōu)化

　　人工智能自動(dòng)SQL優(yōu)化出現(xiàn)在90年代末。目前在商用數(shù)據(jù)庫(kù)領(lǐng)域，LECCO Technology Limited(靈高科研有限公司)擁有該技術(shù)，并提供使用該技術(shù)的自動(dòng)優(yōu)化產(chǎn)品LECCO SQL Expert，它支持Oracle、Sybase、MS SQL Server和IBM DB2數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。該產(chǎn)品針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和維護(hù)階段提供的模塊有：SQL語(yǔ)法優(yōu)化器、PL/SQL集成化開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境(IDE)、掃描器、數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)視器等。其核心模塊SQL 語(yǔ)法優(yōu)化器的工作原理為：①輸入一條源SQL語(yǔ)句;②“人工智能反饋式搜索引擎”對(duì)輸入的SQL語(yǔ)句，結(jié)合檢測(cè)到的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和索引進(jìn)行重寫(xiě)，產(chǎn)生N條等效的SQL語(yǔ)句輸出;③產(chǎn)生的N條等效SQL語(yǔ)句再送入“人工智能反饋式搜索引擎”進(jìn)行重寫(xiě)，直至無(wú)法產(chǎn)生新的輸出或搜索限額滿(mǎn);④對(duì)輸出的SQL語(yǔ)句進(jìn)行過(guò)濾，選出具有不同執(zhí)行計(jì)劃的SQL語(yǔ)句;⑤對(duì)得到的SQL語(yǔ)句進(jìn)行批量測(cè)試，找出性能最好的SQL語(yǔ)句。

　　2 LECCO SQL Expert自動(dòng)優(yōu)化實(shí)例

　　2.1假設(shè)我們從源代碼中抽取出這條SQL語(yǔ)句(也可以通過(guò)內(nèi)帶的掃描器或監(jiān)視器獲得SQL語(yǔ)句)：

　　SELECT COUNT(*) 論文下載

　　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“優(yōu)化”按鈕后，經(jīng)過(guò)10幾秒，SQL Expert就完成了優(yōu)化的過(guò)程，并在這10幾秒的時(shí)間里重寫(xiě)產(chǎn)生了2267 條等價(jià)的SQL語(yǔ)句，其中136條SQL語(yǔ)句有不同的執(zhí)行計(jì)劃。

　　接下來(lái)，我們可以對(duì)自動(dòng)重寫(xiě)產(chǎn)生的136條SQL語(yǔ)句進(jìn)行批運(yùn)行測(cè)試，以選出性能最佳的等效SQL語(yǔ)句。按下“批運(yùn)行” 按鈕，在“終止條件” 頁(yè)選擇“最佳運(yùn)行時(shí)間SQL語(yǔ)句”，按“確定”。

　　經(jīng)過(guò)幾分鐘的測(cè)試運(yùn)行后，我們可以發(fā)現(xiàn)SQL124的運(yùn)行時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間最短。運(yùn)行速度約有22.75倍的提升(源SQL語(yǔ)句運(yùn)行時(shí)間為2.73秒，SQL124運(yùn)行時(shí)間為0.12秒)�，F(xiàn)在我們就可以把SQL124放入源代碼中，結(jié)束一條SQL語(yǔ)句的優(yōu)化工作了。

　　2.2“邊做邊學(xué)式訓(xùn)練”提升SQL開(kāi)發(fā)水平

　　LECCO SQL Expert不僅能夠找到最佳的SQL語(yǔ)句，它所提供的“邊做邊學(xué)式訓(xùn)練”還能夠教開(kāi)發(fā)人員和數(shù)據(jù)庫(kù)管理員如何寫(xiě)出性能最好的SQL語(yǔ)句。LECCO SQL Expert的“SQL比較器”可以標(biāo)明源SQL和待選SQL間的不同之處。

　　以上面優(yōu)化的結(jié)果為例，為了查看源SQL語(yǔ)句和SQL124在寫(xiě)法上有什么不同，我們可以按下“比較器” 按鈕，對(duì)SQL124和源SQL語(yǔ)句進(jìn)行比較。“SQL 比較器”將SQL124相對(duì)于源SQL語(yǔ)句的不同之處以藍(lán)顏色表示了出來(lái)。如果選擇“雙向比較”復(fù)選框，“SQL 比較器”可以將兩條SQL語(yǔ)句的不同之處以藍(lán)色表示。當(dāng)然，我們也可以從源語(yǔ)句和重寫(xiě)后的SQL 語(yǔ)句中任選兩條進(jìn)行比較。

　　從比較的結(jié)果可以看到，重寫(xiě)后的SQL124把第一個(gè)Exists改寫(xiě)成了In;在字段DPT_ID上進(jìn)行了合并空字符串的操作，以誘導(dǎo)數(shù)據(jù)庫(kù)先執(zhí)行子查詢(xún)中的

　　(SELECT DPT_ID||‘‘

　　FROM DEPARTMENT

　　WHERE DPT_NAME LIKE ‘AC%‘)

　　在子查詢(xún)完成后，再與EMPLOYEE表進(jìn)行嵌套循環(huán)連接(Nested Loop Join)。

　　如果覺(jué)得對(duì)寫(xiě)法的改變難以理解，還可以點(diǎn)中“執(zhí)行計(jì)劃”復(fù)選框，通過(guò)比較兩條SQL語(yǔ)句的執(zhí)行計(jì)劃的不同，來(lái)了解其中的差異。在查看執(zhí)行計(jì)劃過(guò)程中，如果有什么不明白的地方，可以點(diǎn)中“SQL信息按鈕”，再點(diǎn)擊執(zhí)行計(jì)劃看不明白的地方，LECCO SQL Expert的上下文敏感幫助系統(tǒng)將提供執(zhí)行計(jì)劃該處的解釋。

　　在“SQL比較器”中，選中“統(tǒng)計(jì)信息”復(fù)選框后，可得到詳細(xì)的兩條SQL語(yǔ)句運(yùn)行時(shí)的統(tǒng)計(jì)信息比較，這對(duì)于學(xué)習(xí)不同的SQL寫(xiě)法對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的消耗很有幫助。

　　2.3 LECCO SQL Expert優(yōu)化模塊的特點(diǎn)

　　LECCO SQL Expert優(yōu)化模塊的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：自動(dòng)優(yōu)化SQL語(yǔ)句;以獨(dú)家的人工智能知識(shí)庫(kù)“反饋式搜索引擎”來(lái)重寫(xiě)性能優(yōu)異的SQL語(yǔ)句;找出所有等效的SQL語(yǔ)句及可能的執(zhí)行計(jì)劃;保證產(chǎn)生相同的結(jié)果;先進(jìn)的SQL語(yǔ)法分析器能處理最復(fù)雜的SQL語(yǔ)句;可以重寫(xiě)SELECT、SELECT INTO、UPDATE、INSERT和DELETE語(yǔ)句;通過(guò)測(cè)試運(yùn)行，為應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)找到性能最好的SQL語(yǔ)句;提供微秒級(jí)的計(jì)時(shí)，能夠優(yōu)化Web應(yīng)用程序和有大量用戶(hù)的在線事務(wù)處理中運(yùn)行時(shí)間很短的SQL語(yǔ)句;為開(kāi)發(fā)人員提供“邊做邊學(xué)式訓(xùn)練”，迅速提高開(kāi)發(fā)人員的SQL編程技能;提供上下文敏感的執(zhí)行計(jì)劃幫助系統(tǒng)和SQL運(yùn)行狀態(tài)幫助;不是猜測(cè)或建議，而是獨(dú)一無(wú)二的SQL重寫(xiě)解決方案。

　　2.4寫(xiě)出專(zhuān)家級(jí)的SQL語(yǔ)句

　　LECCO SQL Expert的出現(xiàn)，使SQL的優(yōu)化變得極其簡(jiǎn)單，只要能夠?qū)懗鯯QL語(yǔ)句，它就能幫用戶(hù)找到最好性能的寫(xiě)法。LECCO SQL Expert不僅能在很短的時(shí)間內(nèi)找到所有可能的優(yōu)化方案，而且能夠通過(guò)實(shí)際測(cè)試，確定最有效的優(yōu)化方案。同以往的數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化手段相比較，LECCO SQL Expert將數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化技術(shù)帶到了一個(gè)嶄新的技術(shù)高度，依賴(lài)人的經(jīng)驗(yàn)、耗費(fèi)大量時(shí)間、受人的思維束縛的數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化手段已經(jīng)被高效、省時(shí)且準(zhǔn)確的自動(dòng)優(yōu)化軟件所取代了。通過(guò)內(nèi)建的“LECCO小助手”的幫助，即使是SQL的開(kāi)發(fā)新手，也能快速且簡(jiǎn)單地寫(xiě)出專(zhuān)家級(jí)的SQL語(yǔ)句。