PreparedStatement是如何大幅度提高性能的

 

PreparedStatement是如何大幅度提高性能的

 

作者：Billy Newport

 

本文讲述了如何正确的使用prepared statements。为什么它可以让你的应用程序运行的更快，和同样的让数据库操作变的更快。

 

 

为什么Prepared Statements非常重要？如何正确的使用它？

 

数据库有着非常艰苦的工作。它们接受来自众多并发的客户端所发出的SQL查询，并尽可能快的执行查询并返回结果。处理statements是一个开销昂贵的操作，不过现在有了Prepared Statements这样的方法，可以将这种开销降到最低。可是这种优化需要开发者来完成。所以本文会为大家展示如何正确的使用Prepared Statements才能使数据库操作达到最优化。

 

 

数据库是如何执行一个statement的？

 

显然，我不会在这里写出很多的细节，我们只关注最关键的部分。当一个数据库收到一个statement后，数据库引擎会先解析statement，然后检查其是否有语法错误。一旦statement被正确的解析，数据库会选出执行statement的最优途径。遗憾的是这个计算开销非常昂贵。数据库会首先检查是否有相关的索引可以对此提供帮助，不管是否会将一个表中的全部行都读出来。数据库对数据进行统计，然后选出最优途径。当决创建查询方案后，数据库引擎会将它执行。

 

存取方案（Access Plan）的生成会占用相当多的CPU。理想的情况是，当我们多次发送一个statement到数据库，数据库应该对statement的存取方案进行重用。如果方案曾经被生成过的话，这将减少CPU的使用率。

 

 

Statement Caches

 

数据库已经具有了类似的功能。它们通常会用如下方法对statement进行缓存。使用statement本身作为key并将存取方案存入与statement对应的缓存中。这样数据库引擎就可以对曾经执行过的statements中的存取方案进行重用。举个例子，如果我们发送一条包含SELECT a, b FROM t WHERE c = 2的statement到数据库，然后首先会将存取方案进行缓存。当我们再次发送相同的statement时，数据库会对先前使用过的存取方案进行重用，这样就降低了CPU的开销。

 

注意，这里使用了整个statement为key。也就是说，如果我们发送一个包含SELECT a, b FROM t WHERE c = 3的statement的话，缓存中不会没有与之对应的存取方案。这是因为“c=3”与曾经被缓存过的“c=2”不同。所以，举个例子：

 

for (int i = 0; i < 1000; i++)  {

PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("select a,b from t where c = " + i);

ResultSet rs = Ps.executeQuery();

rs.close();

ps.close();

}

 

在这里缓存不会被使用，因为每一次迭代都会发送一条包含不同SQL语句的statement给数据库。并且每一次迭代都会生成一个新的存取方案。现在让我们来看看下一段代码：

 

PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("select a,b from t where c = ?");

for (int i = 0; i < 1000; i++)  {

ps.setInt(1, i);

ResultSet rs = ps.executeQuery();

rs.close();

ps.close();

}

 

这样就具有了更好的效率，这个statement发送给数据库的是一条带有参数“？”的SQL语句。这样每次迭代会发送相同的statement到数据库，只是参数“c=?”不同。这种方法允许数据库重用statement的存取方案，这样就具有了更好的效率。这可以让你的应用程序速度更快，并且使用更少的CPU，这样数据库服务器就可以为更多的人提供服务。

 

 

PreparedStatement与J2EE服务器

 

当我们使用J2EE服务器时事情会变的比较复杂。通常，一个perpared statement会同一个单独的数据库连接相关联。当数据库连接被关闭时prepared statement也会被丢弃。通常，一个胖客户端会获取一个数据库连接并将其一直保持到退出。它会用“饿汉”(eagerly)或“懒汉”(lazily)方式创建所有的parepared statements。“饿汉”方式会在应用启动时创建一切。“懒汉”方式意味着只有在使用的时候才去创建。“饿汉”方式会使应用程序在启动的时候梢有延迟，但一旦启动后就会运行的相当理想。“懒汉”方式使应用程序启动速度非常快（但不会做任何准备工作），当需要使用prepared statement的时候再去创建。这样，在创建全部statement的过程中，性能是非常不稳定的，但一旦创建了所有statement后，它会像“饿汉”式应用程序一样具有很好的运行效果。请根据你的需要来选择最好的方式，是快速启动？还是前后一致的性能。

 

J2EE应用的问题是它不会像这样工作，连接只会在请求期间被保持。那意味着必须每一次请求的时候都创建prepared statement。这远没有胖客户端那种一直保持prepared statement的执行性能好。J2EE厂商已经注意到了这个问题，并且提供了连接池(ConnectionPool)以避免这种问题。

 

当J2EE服务器提供了一个连接给你的应用程序时，其实它并没有给你真正的数据库连接，你只是获得了一个包装器（Wrapper）。你可以去看看你所获得的连接的类名以证实这一点。它并不是一个JDBC连接，而是一个由应用服务器创建的类。所有的JDBC操作都会被应用服务器的连接池管理器所代理。所有的JDBC ResultSets，statements，CallableStatements，preparedStatements等都会被包装并以一个“代理对象”（Proxy Object）的形式返回给应用程序。当你关闭了连接，这些对象会被标记为失效，并被垃圾回收器所回收。

 

通常，如果你对一个数据库连接执行close，那这个连接会被JDBC驱动程序关闭。但我们需要在J2EE服务器执行close的时候数据库连接会被返回连接池。我们可以创建一个像真正的连接一样的JDBC Connection代理类来解决这个问题。它有一个对真正连接的引用。当我们执行一个连接上的方法时，代理会将操作转给真正的连接。但是，当我们对一个连接执行close时，这个连接并不会关闭，而是会送回连接池，并可以被其他请求所使用。一个已被准备过的prepared statement也会因此而得到重用。

 

 

J2EE PreparedStatement Cache

 

J2EE服务器的连接池管理器已经实现了缓存的使用。J2EE服务器保持着连接池中每一个连接准备过的prepared statement列表。当我们在一个连接上调用preparedStatement时，应用服务器会检查这个statement是否曾经准备过。如果是，这个PreparedStatement会被返回给应用程序。如果否，调用会被转给JDBC驱动程序，然后将新生成的statement对象存入连接缓存。

 

每个连接都有一个缓存的原因是因为：JDBC驱动程序就是这样工作的。任何prepared statement都是由指定的连接所返回的。

 

如果我们想利用这个缓存的优势，那就如前面所说的，使用参数化的查询语句可以在缓存中找到曾经使用过的statement。大部分应用服务器允许你调整prepared statements缓存的大小。

 

 

摘要

 

我们绝对应该使用包含参数化的查询语句的prepared statement。这样数据库就会重用准备过的存取方案。缓存适用于整个数据库，所以，如果你安排所有的应用程序使用相同的参数化SQL语句，然后你的其他应用程序就可以重用被准备过的prepared statement。这是应用服务器的一个优势，因为所有的数据库操作都集中在数据库操作层（Database Access Layer，包括O/R映射，实体Bean，JDBC等）。

 

第二，正确的使用prepared statement也是利用prepared statement的缓存优势的关键。由于应用程序可以重用准备过的prepared statement，也就减少了调用JDBC驱动程序的次数，从而提高了应用程序的性能。这样就拥有了可以与胖客户端比肩的效率，却又不需要总维持一个连接。

 

使用参数化的prepared statement，你的应用程序会具有更好的性能。