面向程序员的数据库访问性能优化法则

http://blog.csdn.net/yzsind/archive/2010/12/06/6059209.aspx

好文章，关键字整理一下：

 

一、数据库访问优化法则简介

 

 

从图上可以看到基本上每种设备都有两个指标：

 

从图上可以看到基本上每种设备都有两个指标：

延时（响应时间）：表示硬件的突发处理能力；

带宽（吞吐量）：代表硬件持续处理能力。

 

从上图可以看出，计算机系统硬件性能从高到代依次为：

CPU——Cache(L1-L2-L3)——内存——SSD硬盘——网络——硬盘

根据数据库知识，我们可以列出每种硬件主要的工作内容：

CPU及内存：缓存数据访问、比较、排序、事务检测、SQL解析、函数或逻辑运算；

网络：结果数据传输、SQL请求、远程数据库访问（dblink）；

硬盘：数据访问、数据写入、日志记录、大数据量排序、大表连接。

 

根据当前计算机硬件的基本性能指标及其在数据库中主要操作内容，可以整理出如下图所示的性能基本优化法则：

根据数据库知识，我们可以列出每种硬件主要的工作内容：

CPU及内存：缓存数据访问、比较、排序、事务检测、SQL解析、函数或逻辑运算；

网络：结果数据传输、SQL请求、远程数据库访问（dblink）；

硬盘：数据访问、数据写入、日志记录、大数据量排序、大表连接。

 

根据当前计算机硬件的基本性能指标及其在数据库中主要操作内容，可以整理出如下图所示的性能基本优化法则：

 
 

 

这个优化法则归纳为5个层次：

1、  减少数据访问（减少磁盘访问）

2、  返回更少数据（减少网络传输或磁盘访问）

3、  减少交互次数（减少网络传输）

4、  减少服务器CPU开销（减少CPU及内存开销）

5、  利用更多资源（增加资源）

 

 

 

 

 

 二、Oracle数据库两个基本概念
数据块(Block)
数据块是数据库中数据在磁盘中存储的最小单位，也是一次IO访问的最小单位，一个数据块通常可以存储多条记录，数据块大小是DBA在创建数据库或表空间时指定，可指定为2K、4K、8K、16K或32K字节。下图是一个Oracle数据库典型的物理结构，一个数据库可以包括多个数据文件，一个数据文件内又包含多个数据块；

 

 

ROWID
ROWID是每条记录在数据库中的唯一标识，通过ROWID可以直接定位记录到对应的文件号及数据块位置。ROWID内容包括文件号、对像号、数据块号、记录槽号，如下图所示：

 

三、数据库访问优化法则详解
1、减少数据访问
1.1、创建并使用正确的索引

 

1.2、只通过索引访问数据

有些时候，我们只是访问表中的几个字段，并且字段内容较少，我们可以为这几个字段单独建立一个组合索引，这样就可以直接只通过访问索引就能得到数据，一般索引占用的磁盘空间比表小很多，所以这种方式可以大大减少磁盘IO开销。

如：select id,name from company where type='2';

如果这个SQL经常使用，我们可以在type,id,name上创建组合索引

create index my_comb_index on company(type,id,name);

有了这个组合索引后，SQL就可以直接通过my_comb_index索引返回数据，不需要访问company表。

1.3、优化SQL执行计划

 

 

2.2、只返回需要的字段

 

3、减少交互次数

 

3.1、batch DML

 

3.2、In List

很多时候我们需要按一些ID查询数据库记录，我们可以采用一个ID一个请求发给数据库，如下所示：

for :var in ids[] do begin

  select * from mytable where id=:var;

end;

 

我们也可以做一个小的优化， 如下所示，用ID INLIST的这种方式写SQL：

select * from mytable where id in(:id1,id2,...,idn);

 

通过这样处理可以大大减少SQL请求的数量，从而提高性能。那如果有10000个ID，那是不是全部放在一条SQL里处理呢？答案肯定是否定的。首先大部份数据库都会有SQL长度和IN里个数的限制，如ORACLE的IN里就不允许超过1000个值。

另外当前数据库一般都是采用基于成本的优化规则，当IN数量达到一定值时有可能改变SQL执行计划，从索引访问变成全表访问，这将使性能急剧变化。随着SQL中IN的里面的值个数增加，SQL的执行计划会更复杂，占用的内存将会变大，这将会增加服务器CPU及内存成本

 

 

 

3.4、使用存储过程

3.5、优化业务逻辑

3.6、使用ResultSet游标处理记录

 

 

 

 

4、减少数据库服务器CPU运算

4.1、使用绑定变量

绑定变量是指SQL中对变化的值采用变量参数的形式提交，而不是在SQL中直接拼写对应的值。

非绑定变量写法：Select * from employee where id=1234567

绑定变量写法：

Select * from employee where id=?

Preparestatement.setInt(1,1234567)

 

Java中Preparestatement就是为处理绑定变量提供的对像，绑定变量有以下优点：

1、防止SQL注入

2、提高SQL可读性

3、提高SQL解析性能，不使用绑定变更我们一般称为硬解析，使用绑定变量我们称为软解析

 

4.2、合理使用排序

4.3、减少比较操作

我们SQL的业务逻辑经常会包含一些比较操作，如a=b，a<b之类的操作，对于这些比较操作数据库都体现得很好，但是如果有以下操作，我们需要保持警惕：

Like模糊查询，如下所示：

a like ‘%abc%’

 

Like模糊查询对于数据库来说不是很擅长，特别是你需要模糊检查的记录有上万条以上时，性能比较糟糕，这种情况一般可以采用专用Search或者采用全文索引方案来提高性能。

 

4.4、大量复杂运算在客户端处理

 

5、利用更多的资源

 

5.1、客户端多进程并行访问

多进程并行访问是指在客户端创建多个进程(线程)，每个进程建立一个与数据库的连接，然后同时向数据库提交访问请求。当数据库主机资源有空闲时，我们可以采用客户端多进程并行访问的方法来提高性能。如果数据库主机已经很忙时，采用多进程并行访问性能不会提高，反而可能会更慢。

5.2、数据并行处理

数据库并行处理是指客户端一条SQL的请求，数据库内部自动分解成多个进程并行处理

 

 

现在大部分Java框架都是通过jdbc从数据库取出数据，然后装载到一个list里再处理，list里可能是业务Object，也可能是hashmap。

由于JVM内存一般都小于4G，所以不可能一次通过sql把大量数据装载到list里。为了完成功能，很多程序员喜欢采用分页的方法处理，如一次从数据库取1000条记录，通过多次循环搞定，保证不会引起JVM Out of memory问题。

当我们采用select从数据库查询数据时，数据默认并不是一条一条返回给客户端的，也不是一次全部返回客户端的，而是根据客户端fetch_size参数处理，每次只返回fetch_size条记录，当客户端游标遍历到尾部时再从服务端取数据，直到最后全部传送完成。所以如果我们要从服务端一次取大量数据时，可以加大fetch_size，这样可以减少结果数据传输的交互次数及服务器数据准备时间，提高性能。

 

 

 

3.3、设置Fetch Size

数据库访问框架一般都提供了批量提交的接口，jdbc支持batch的提交处理方法，当你一次性要往一个表中插入1000万条数据时，如果采用普通的executeUpdate处理，那么和服务器交互次数为1000万次，按每秒钟可以向数据库服务器提交10000次估算，要完成所有工作需要1000秒。如果采用批量提交模式，1000条提交一次，那么和服务器交互次数为1万次，交互次数大大减少。采用batch操作一般不会减少很多数据库服务器的物理IO，但是会大大减少客户端与服务端的交互次数，从而减少了多次发起的网络延时开销，同时也会降低数据库的CPU开销。

 

 

 

目前ORACLE有SQL执行计划的算法约300种，而且一直在增加，所以SQL执行计划是一个非常复杂的课题，一个普通DBA能掌握50种就很不错了，就算是资深DBA也不可能把每个执行计划的算法描述清楚。虽然有这么多种算法，但并不表示我们无法优化执行计划，因为我们常用的SQL执行计划算法也就十几个，如果一个程序员能把这十几个算法搞清楚，那就掌握了80%的SQL执行计划调优知识。

 

 

2、返回更少的数据

2.1、数据分页处理

                  客户端分页

                  应用服务器分页

                  数据库SQL分页