正規(guī)論文發(fā)表數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中ＳＱＬ語句的優(yōu)化技術(shù)

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

　　關(guān)鍵詞:人工智能,自動優(yōu)化,SQL語句優(yōu)化,正規(guī)論文發(fā)表

　　一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的生命周期可以分成：設(shè)計、開發(fā)和成品三個階段。在設(shè)計階段進行數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化的成本最低，收益最大。在成品階段進行數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化的成本最高，收益最小。數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化通�？梢酝ㄟ^對網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫參數(shù)和應(yīng)用程序的優(yōu)化來進行。最常見的優(yōu)化手段就是對硬件的升級。根據(jù)統(tǒng)計，對網(wǎng)絡(luò)、硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫參數(shù)進行優(yōu)化所獲得的性能提升，全部加起來只占數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能提升的40%左右，其余的60%系統(tǒng)性能提升來自對應(yīng)用程序的優(yōu)化。許多優(yōu)化專家認為，對應(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)化通常可分為兩個方面：源代碼和SQL語句。由于涉及到對程序邏輯的改變，源代碼的優(yōu)化在時間成本和風險上代價很高，而對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)性能的提升收效有限。

　　1.1為什么要優(yōu)化SQL語句

　　第一、SQL語句是對數(shù)據(jù)庫進行操作的惟一途徑，對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能起著決定性的作用。

　　第二、SQL語句消耗了70%至90%的數(shù)據(jù)庫資源。

　　第三、SQL語句獨立于程序設(shè)計邏輯，對SQL語句進行優(yōu)化不會影響程序邏輯。

　　第四、SQL語句有不同的寫法，在性能上的差異非常大。

　　第五、SQL語句易學，但難精通。

　　優(yōu)化SQL語句的傳統(tǒng)方法是通過手工重寫來對SQL語句進行優(yōu)化。DBA或資深程序員通過對SQL語句執(zhí)行計劃的分析，依靠經(jīng)驗，嘗試重寫SQL語句，然后對結(jié)果和性能進行比較，以試圖找到性能較佳的SQL語句。這種傳統(tǒng)上的作法無法找出SQL語句的所有可能寫法，且依賴于人的經(jīng)驗，非常耗費時間。

　　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)行計劃分析工具。這類工具針對輸入的SQL語句，從數(shù)據(jù)庫提取執(zhí)行計劃，并解釋執(zhí)行計劃中關(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，它通過對輸入的SQL語句的執(zhí)行計劃的分析，來產(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語句的執(zhí)行計劃，還對輸入的SQL語句本身進行語法分析，經(jīng)過分析產(chǎn)生寫法上的改進建議。

　　1.3人工智能自動SQL優(yōu)化

　　人工智能自動SQL優(yōu)化出現(xiàn)在90年代末。目前在商用數(shù)據(jù)庫領(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)庫平臺。該產(chǎn)品針對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的開發(fā)和維護階段提供的模塊有：SQL語法優(yōu)化器、PL/SQL集成化開發(fā)調(diào)試環(huán)境(IDE)、掃描器、數(shù)據(jù)庫監(jiān)視器等。其核心模塊SQL 語法優(yōu)化器的工作原理為：①輸入一條源SQL語句;②“人工智能反饋式搜索引擎”對輸入的SQL語句，結(jié)合檢測到的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和索引進行重寫，產(chǎn)生N條等效的SQL語句輸出;③產(chǎn)生的N條等效SQL語句再送入“人工智能反饋式搜索引擎”進行重寫，直至無法產(chǎn)生新的輸出或搜索限額滿;④對輸出的SQL語句進行過濾，選出具有不同執(zhí)行計劃的SQL語句;⑤對得到的SQL語句進行批量測試，找出性能最好的SQL語句。

　　2 LECCO SQL Expert自動優(yōu)化實例

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

　　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10幾秒，SQL Expert就完成了優(yōu)化的過程，并在這10幾秒的時間里重寫產(chǎn)生了2267 條等價的SQL語句，其中136條SQL語句有不同的執(zhí)行計劃。

　　接下來，我們可以對自動重寫產(chǎn)生的136條SQL語句進行批運行測試，以選出性能最佳的等效SQL語句。按下“批運行” 按鈕，在“終止條件” 頁選擇“最佳運行時間SQL語句”，按“確定”。

　　經(jīng)過幾分鐘的測試運行后，我們可以發(fā)現(xiàn)SQL124的運行時間和反應(yīng)時間最短。運行速度約有22.75倍的提升(源SQL語句運行時間為2.73秒，SQL124運行時間為0.12秒)。現(xiàn)在我們就可以把SQL124放入源代碼中，結(jié)束一條SQL語句的優(yōu)化工作了。

　　2.2“邊做邊學式訓練”提升SQL開發(fā)水平

　　LECCO SQL Expert不僅能夠找到最佳的SQL語句，它所提供的“邊做邊學式訓練”還能夠教開發(fā)人員和數(shù)據(jù)庫管理員如何寫出性能最好的SQL語句。LECCO SQL Expert的“SQL比較器”可以標明源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語句和SQL124在寫法上有什么不同，我們可以按下“比較器” 按鈕，對SQL124和源SQL語句進行比較。“SQL 比較器”將SQL124相對于源SQL語句的不同之處以藍顏色表示了出來。如果選擇“雙向比較”復(fù)選框，“SQL 比較器”可以將兩條SQL語句的不同之處以藍色表示。當然，我們也可以從源語句和重寫后的SQL 語句中任選兩條進行比較。

　　從比較的結(jié)果可以看到，重寫后的SQL124把第一個Exists改寫成了In;在字段DPT_ID上進行了合并空字符串的操作，以誘導數(shù)據(jù)庫先執(zhí)行子查詢中的

　　(SELECT DPT_ID||‘‘

　　FROM DEPARTMENT

　　WHERE DPT_NAME LIKE ‘AC%‘)

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

　　如果覺得對寫法的改變難以理解，還可以點中“執(zhí)行計劃”復(fù)選框，通過比較兩條SQL語句的執(zhí)行計劃的不同，來了解其中的差異。在查看執(zhí)行計劃過程中，如果有什么不明白的地方，可以點中“SQL信息按鈕”，再點擊執(zhí)行計劃看不明白的地方，LECCO SQL Expert的上下文敏感幫助系統(tǒng)將提供執(zhí)行計劃該處的解釋。

　　在“SQL比較器”中，選中“統(tǒng)計信息”復(fù)選框后，可得到詳細的兩條SQL語句運行時的統(tǒng)計信息比較，這對于學習不同的SQL寫法對數(shù)據(jù)庫資源的消耗很有幫助。

　　2.3 LECCO SQL Expert優(yōu)化模塊的特點

　　LECCO SQL Expert優(yōu)化模塊的特點主要表現(xiàn)為：自動優(yōu)化SQL語句;以獨家的人工智能知識庫“反饋式搜索引擎”來重寫性能優(yōu)異的SQL語句;找出所有等效的SQL語句及可能的執(zhí)行計劃;保證產(chǎn)生相同的結(jié)果;先進的SQL語法分析器能處理最復(fù)雜的SQL語句;可以重寫SELECT、SELECT INTO、UPDATE、INSERT和DELETE語句;通過測試運行，為應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫自動找到性能最好的SQL語句;提供微秒級的計時，能夠優(yōu)化Web應(yīng)用程序和有大量用戶的在線事務(wù)處理中運行時間很短的SQL語句;為開發(fā)人員提供“邊做邊學式訓練”，迅速提高開發(fā)人員的SQL編程技能;提供上下文敏感的執(zhí)行計劃幫助系統(tǒng)和SQL運行狀態(tài)幫助;不是猜測或建議，而是獨一無二的SQL重寫解決方案。

　　2.4寫出專家級的SQL語句

　　LECCO SQL Expert的出現(xiàn)，使SQL的優(yōu)化變得極其簡單，只要能夠?qū)懗鯯QL語句，它就能幫用戶找到最好性能的寫法。LECCO SQL Expert不僅能在很短的時間內(nèi)找到所有可能的優(yōu)化方案，而且能夠通過實際測試，確定最有效的優(yōu)化方案。同以往的數(shù)據(jù)庫優(yōu)化手段相比較，LECCO SQL Expert將數(shù)據(jù)庫優(yōu)化技術(shù)帶到了一個嶄新的技術(shù)高度，依賴人的經(jīng)驗、耗費大量時間、受人的思維束縛的數(shù)據(jù)庫優(yōu)化手段已經(jīng)被高效、省時且準確的自動優(yōu)化軟件所取代了。通過內(nèi)建的“LECCO小助手”的幫助，即使是SQL的開發(fā)新手，也能快速且簡單地寫出專家級的SQL語句。