Oracle 优化器详解

一、优化器基本知识

Oracle在执行一个SQL之前,首先要分析一下语句的执行计划,然后再按执行计划去执行。分析语句的执行计划的工作是由优化器(Optimizer)来完成的。不同的情况,一条SQL可能有多种执行计划,但在某一时点,一定只有一种执行计划是最优的,花费时间是最少的。

相信你一定会用Pl/sql Developer、Toad等工具去看一个语句的执行计划,不过你可能对Rule、Choose、First rows、All rows这几项有疑问,因为我当初也是这样的,那时我也疑惑为什么选了以上的不同的项,执行计划就变了?



1、优化器的优化方式



Oracle的优化器优化方式：



RBO方式
即基于规则的优化方式(Rule-Based Optimization,简称为RBO)。优化器在分析SQL语句时,所遵循的是Oracle内部预定的一些规则。比如我们常见的,当一个where子句中的一列有索引时去走索引。
 

CBO方式
基于代价的优化方式(Cost-Based Optimization,简称为CBO)。依词义可知,它是看语句的代价(Cost)了,这里的代价主要指Cpu和内存。优化器在判断是否用这种方式时,主要参照的是表及索引的统计信息。统计信息给出表的大小、有少行、每行的长度等信息。这些统计信息起初在库内是没有的,是你在做analyze后才出现的,很多的时侯过期统计信息会令优化器做出一个错误的执行计划,因些我们应及时更新这些信息。在Oracle8及以后的版本,Oracle列推荐用CBO的方式。



我们要明了,不一定走索引就是优的 ,比如一个表只有两行数据,一次IO就可以完成全表的检索,而此时走索引时则需要两次IO,这时对这个表做全表扫描(full table scan)是最好的。 

     新版本的oracle逐渐抛弃对Rule方式的支持,即使是Rule方式,最后sql执行效率的衡量标准都是,sql执行消耗了多少资源?对代价(COST)的优化方式,需要表,索引的统计信息,需要每天多表和索引进行定时的分析,但是统计信息也是历史的,有时候也不一定是最优的,统计信息等于就是一个人的经验,根据以前的经验来判断sql该怎么执行(得到优化的sql执行路径),所以具体优化执行的时候,先手工分析sql,看是用RBO方式消耗大,还是CBO消耗大;DBA的工作就是要根据当前oracle的运行日志,进行各种调整,使当前的oracle运行效率尽量达到最优.可以在运行期间,采用hint灵活地采用优化方式.


CHOOSE (选择性)
设置缺省的Oracle优化器，可以通过对init.ora文件中OPTIMIZER_MODE参数的各种声明，如RULE，COST，CHOOSE，ALL_ROWS，FIRST_ROWS . 你当然也在SQL句级或是会话(session)级对其进行覆盖。
为了使用基于成本的优化器(CBO， Cost-Based Optimizer) ，你必须经常运行analyze 命令，以增加数据库中的对象统计信息(object statistics)的准确性。

如果数据库的优化器模式设置为选择性(CHOOSE)，那么实际的Oracle优化器模式将和是否运行过analyze命令有关。如果table已经被analyze过， 优化器模式将自动成为CBO ， 反之，数据库将采用RULE形式的优化器。
在缺省情况下，Oracle采用CHOOSE优化器，为了避免那些不必要的全表扫描(full table scan) ，你必须尽量避免使用CHOOSE优化器，而直接采用基于规则或者基于成本的Oracle优化器。






2、优化器的优化模式(Optermizer Mode)



    优化模式包括Rule,Choose,First rows,All rows这四种方式,也就是我们以上所提及的。如下我解释一下：



Rule:不用多说,即走基于规则的方式。 (RBO优化方式)



Choolse:这是我们应观注的,默认的情况下Oracle用的便是这种方式。指的是当一个表或或索引有统计信息,则走CBO的方式,如果表或索引没统计信息,表又不是特别的小,而且相应的列有索引时,那么就走索引,走RBO的方式。


     在缺省情况下，ORACLE采用CHOOSE优化器，为了避免那些不必要的全表扫描（full table scan），你必须尽量避免使用CHOOSE优化器，而直接采用基于规则或者基于成本的优化器。



First Rows:它与Choose方式是类似的,所不同的是当一个表有统计信息时,它将是以最快的方式返回查询的最先的几行,从总体上减少了响应时间。 (CBO优化方式,提供一个最快的反应时间,根据系统的需求,使用情况)



All Rows:也就是我们所说的Cost的方式,当一个表有统计信息时,它将以最快的方式返回表的所有的行,从总体上提高查询的吞吐量。没有统计信息则走基于规则的方式。 (CBO优化方式,提供最大的吞吐量,就是使执行总量达到最大) [Page]

First Rows和All Rows是有冲突的.如果想最快第返回给用户,就不可能传递更多的结果,这就是First Rows返回最先检索到的行(或记录);而All Rows是为了尽量将所有的结果返回给用户,由于量大,用户就不会很快得到返回结果.就象空车能跑得很快,重装车只能慢慢地跑;



3、如何设定选用哪种优化模式



A、Instance级别

我们可以通过在init<SID>.ora文件中设定OPTIMIZER_MODE=RULE、OPTIMIZER_MODE=CHOOSE、OPTIMIZER_MODE=FIRST_ROWS、OPTIMIZER_MODE=ALL_ROWS去选用3所提的四种方式,如果你没设定OPTIMIZER_MODE参数则默认用的是Choose这种方式。 
init.ora和init<SID>.ora都在$ORACLE_HOME/dbs目录下,可以用find $ORACLE_HOME -name init*.ora查看该目录下的init文件.
init.ora是对全体实例有效的;init<SID>.ora只对指定的实例有效.



B、Sessions级别

通过SQL> ALTER SESSION SET OPTIMIZER_MODE=<Mode>;来设定。将覆盖init.ora,init<sid>.ora设定的优化模式,也可以在sql语句中采用hint强制选定优化模式.如下:



C、语句级别

这些需要用到Hint,比如: 
SQL> SELECT a.userid, 
2 b.name, 
3 b.depart_name 
4 FROM tf_f_yhda a, 
5 tf_f_depart b 
6 WHERE a.userid=b.userid; 
在这儿采用hint,强制采用基于规则(rule)的优化模式;
hint语法,结尾,中间填写强制采用的优化模式.



4、为什么有时一个表的某个字段明明有索引,当观察一些语的执行计划确不走索引呢？如何解决呢？



A、不走索引大体有以下几个原因 
♀你在Instance级别所用的是all_rows的方式 
♀你的表的统计信息(最可能的原因) 
♀你的表很小,上文提到过的,Oracle的优化器认为不值得走索引。


B、解决方法 
♀可以修改init<SID>.ora中的OPTIMIZER_MODE这个参数,把它改为Rule或Choose,重起数据库。也可以使用4中所提的Hint. 
♀删除统计信息 
SQL>analyze table table_name delete statistics; 
♀表小不走索引是对的,不用调的。




不走索引的其它原因：

1、建立组合索引，但查询谓词并未使用组合索引的第一列，此处有一个INDEX SKIP SCAN概念。

2、在包含有null值的table列上建立索引，当时使用select count(*) from table时不会使用索引。

3、在索引列上使用函数时不会使用索引，如果一定要使用索引只能建立函数索引。

4、当被索引的列进行隐式的类型转换时不会使用索引。如:select * from t where indexed_column = 5，而indexed_column列建立索引但类型是字符型，这时Oracle会产生隐式的类型转换，转换后的语句类似于select * from t where to_number(indexed_column) = 5，此时不走索引的情况类似于case3。日期转换也有类似问题，如: select * from t where trunc(date_col) = trunc(sysdate)其中date_col为索引列，这样写不会走索引，可改写成select * from t where date_col >= trunc(sysdate) and date_col < trunc(sysdate+1)，此查询会走索引。

5、并不是所有情况使用索引都会加快查询速度，full scan table 有时会更快，尤其是当查询的数据量占整个表的比重较大时，因为full scan table采用的是多块读，当Oracle优化器没有选择使用索引时不要立即强制使用，要充分证明使用索引确实查询更快时再使用强制索引。

6、<>

7、like’�’百分号在前。




5、其它相关

A、如何看一个表或索引是否是统计信息

SQL>SELECT * FROM user_tables 2 WHERE table_name=<table_name> 
3 AND num_rows is not null;

SQL>SELECT * FROM user_indexes 
2 WHERE table_name=<table_name> 
3 AND num_rows is not null;

b、如果我们先用CBO的方式,我们应及时去更新表和索引的统计信息,以免生形不切合实的执行计划。 
SQL> ANALYZE TABLE table_name COMPUTE STATISTICS; 
SQL> ANALYZE INDEX index_name ESTIMATE STATISTICS;

二、优化器的二十六个参数


影响系统性能类可变参数

(1)CHECKPOINT_PROCESS该参数根据是否要求检查点而设置成TRUE或者FALSE。当所有缓冲区的信息写到磁盘时，检查点进程（CHPT）建立一个静态的点。在归档日志文件中做一个记号表示有一个检查点发生。检查点发生在归档日志转换的时候或当达到log_checkpoint_interval定义的块数的时候。当设置此参数为TRUE时，后台进程CHPT便可工作。在检查点期间内，若日志写进程（LGWR）的性能减低，则可用CHPT进程加以改善。

(2)DB_BLOCK_CHECKPOINT_BATCH该参数的值设置得较大时，可加速检查点的完成。当指定的值比参数DB_BLOCK_CHECKPOINT_BATCH大时，其效果和指定最大值相同。

(3)DB_BLOCK_BUFFERS该参数是在SGA中可作缓冲用的数据库块数。该参数决定SGA的大小，对数据库性能具有决定性因素。若取较大的值，则可减少I/O次数，但要求内存空间较大。每个缓冲区的大小由参数DB_BLOCK_SIZE决定。

(4)DB_BLOCK_SIZE该参数表示Oracle数据库块的大小，以字节为单位，典型值为2048或4096。该值一旦设定则不能改变。它影响表及索引的FREELISTS参数的最大值。

(5)DB_FILES该参数为数据库运行时可打开的数据文件最大数目。

(6)DB_FILE_MULTIBLOCK_READ_COUNT该参数表示在顺序扫描时一次I／O操作可读的最大块数，该最大块数取决于操作系统，其值在4至16或者32是比较好。

(7)D1SCRETE_TRANSACTION_ENABLED该参数实现一个更简单、更快的回滚机制，以改进某些事务类型的性能。当设置为TRUE时，可改善某些类型的事务性能。

(8)LOG_ARCHIVE_BUFFER_SIZE此参数的值依赖于操作系统，它与LOG_ARCHIVE_BUFFER 参数一起用于调整有归档日志的运行，使其运行速度尽量加快，但不能快到降低性能。仅当直接归档到磁带设备时才需要增加这些参数的值，重做日志缓冲区要等待归档日志缓冲区变得可用。

(9)LOG_ARCHIVE_BUFFER该参数指定用于归档的日志时的缓冲区数。

(10)LOG_BUFFER该参数指明分配给SGA中的日志缓冲区的字节数，该参数值较大时，可减少日志I／O的次数。对于繁忙的系统不宜采用大于或等于64K的值。缺省值-般为数据库块的4倍。

(11)LOG_CHECKPOINT_TIMEOUT该参数指明两个检查点之间的时间间隔，若指定为0时，则说明不允许进行基于时间的检查点。

(12)LOG_CHECKPOINT_INTERVAL该参数用来确定检查点进程的执行频率。这个数值设置成取检查点之前处理的重做缓冲区块的数量。

(13)LOG_FILES该参数指定运行期间数据库可打开的日志文件数。若需要较大的SGA空间，而不需多个日志文件，则可减少该值。

(14)LOG_SIMULTANEOUS_COPIES该参数是日志缓冲区副本闩锁的最大数，为同时写日志项所用。为提高性能，可设置此参数为两倍的CPU数，对单进程系统，该值多数设置为0，此时断开闩锁。

(15)LOG_SMALL_ENTRY_MAX_SIZE该参数与LOG_SIMULTANEOUS_COPIES参数配合使用。若日志项大于此项，则在给缓冲区分配空间并获得日志复制闩锁之后，用户进程释放日志复制闩锁。

(16)OPTIMIZRER_MODE若该参数的值为RULE，则Oracle优化器选择基于规则的优化；若设置为COST，并且在数据字典中存在有统计信息，则Oracle优化器选择基于代价的优化方法进行优化。

(17)SEQUENCE_CACHE_ENTRIES该参数指明在SGA中可进行高速缓存的序列数，用于直接存取。该高速缓存区是基于最近最少使用(LRU)的算法进行管理的。若此值设置得较高，则可达到较高的并发性。

(18)SEQUENCE_CACHE_HASH_BUCKETS该参数用于加速查看高速缓冲区最近请求的最新序列的桶式地址数，每个桶式地址占8个字节。高速缓冲区以散列表排列，该参数应为质数。

(19)SERIALIZEABLE此参数用于保证重复读的一致性。当它设置为TRUE时，查询可保证表级读一致，以防止在此查询提交之前的修改。

(20)SHARED_POOL_SIZE该参数指定共享池的大小，其中包括共享光标及存储过程。在多用户系统中，较大的SHARED_POOL_SIZE值可改善SQL语句的执行性能，但较小的值可节省内存。

(21)SMALL_TABLE_THRESHOLD该参数决定SGA中用于扫描的缓冲区的数目，若表的数目小于该值，则该表可整个地读入高速缓存区。若表大于该值，则立即重用该缓冲区。一般用缺省值可使性能最好。

(22)SORT_AREA_TETAINED_SIZE这是会话内存的最大数量,用于内存排序。当从排序空间提出最后-行时，便释放该内存。若排序要较大的内存，则分配一临时段，排序便可在盘上进行。用于排序的最大总量可由SORT_AREA_SIZE指定，而不用此参数。可以分配同样大小的多个排序空间，不过一般对于复杂的查询才需要。

(23)SORT_AREA_SIZE该参数用于指定进行外排序(磁盘)时所需PGA内存的最大数量，以字节为单位。当排序行写入磁盘时，该内存被释放。增大该参数的值，可改进排序效率。一般不调整该参数，除非排序量很大时才调整。

(24)SORT_SPACEMP_SIZE该参数仅在排序量很大时才调整该参数。可用下式设置该参数，使排序能最佳地使用盘空间。

(25)SQLTRACE该参数设置为TRUE时，便可跟踪，以获得改善性能的信息。因为跟踪会增加开销，所以一般仅在收集信息时才置为TRUE。在实际使用时，可用ALTER SESSION命令覆盖它。

(26)TRANSACTION该参数设置并发事务的最大数。若此值较大，则需增加SGA空间和分配的回滚段数量。缺省值大于PROCESS时，可允许递归事务。