各種數(shù)據(jù)庫的SQL執(zhí)行計(jì)劃是怎么樣的

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各種數(shù)據(jù)庫的 SQL 執(zhí)行計(jì)劃是怎么樣的，相信很多沒有經(jīng)驗(yàn)的人對(duì)此束手無策，為此本文總結(jié)了問題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個(gè)問題。

執(zhí)行計(jì)劃 (execution plan，也叫查詢計(jì)劃或者解釋計(jì)劃) 是數(shù)據(jù)庫執(zhí)行 SQL 語句的具體步驟，例如通過索引還是全表掃描訪問表中的數(shù)據(jù)，連接查詢的實(shí)現(xiàn)方式和連接的順序等。如果 SQL 語句性能不夠理想，我們首先應(yīng)該查看它的執(zhí)行計(jì)劃。本文主要介紹如何在各種數(shù)據(jù)庫中獲取和理解執(zhí)行計(jì)劃，并給出進(jìn)一步深入分析的參考文檔。

現(xiàn)在許多管理和開發(fā)工具都提供了查看圖形化執(zhí)行計(jì)劃的功能，例如 MySQL Workbench、Oracle SQL Developer、SQL Server Management Studio、DBeaver 等; 不過我們不打算使用這類工具，而是介紹利用數(shù)據(jù)庫提供的命令查看執(zhí)行計(jì)劃。

我們先給出在各種數(shù)據(jù)庫中查看執(zhí)行計(jì)劃的一個(gè)簡(jiǎn)單匯總：

MySQL 執(zhí)行計(jì)劃

MySQL 中獲取執(zhí)行計(jì)劃的方法很簡(jiǎn)單，就是在 SQL 語句的前面加上 EXPLAIN 關(guān)鍵字：

執(zhí)行該語句將會(huì)返回一個(gè)表格形式的執(zhí)行計(jì)劃，包含了 12 列信息：

MySQL 中的 EXPLAIN 支持 SELECT、DELETE、INSERT、REPLACE 以及 UPDATE 語句。

接下來，我們要做的就是理解執(zhí)行計(jì)劃中這些字段的含義。下表列出了 MySQL 執(zhí)行計(jì)劃中的各個(gè)字段的作用：

對(duì)于上面的示例，只有一個(gè) SELECT 子句，id 都為 1; 首先對(duì) employees 表執(zhí)行全表掃描 (type = ALL)，處理了 107 行數(shù)據(jù)，使用 WHERE 條件過濾后預(yù)計(jì)剩下 33.33% 的數(shù)據(jù)(估計(jì)不準(zhǔn)確); 然后針對(duì)這些數(shù)據(jù)，依次使用 departments 表的主鍵(key = PRIMARY) 查找一行匹配的數(shù)據(jù)(type = eq_ref、rows = 1)。

使用 MySQL 8.0 新增的 ANALYZE 選項(xiàng)可以顯示實(shí)際執(zhí)行時(shí)間等額外的信息：

其中，Nested loop inner join 表示使用嵌套循環(huán)連接的方式連接兩個(gè)表，employees 為驅(qū)動(dòng)表。cost 表示估算的代價(jià)，rows 表示估計(jì)返回的行數(shù);actual time 顯示了返回第一行和所有數(shù)據(jù)行花費(fèi)的實(shí)際時(shí)間，后面的 rows 表示迭代器返回的行數(shù)，loops 表示迭代器循環(huán)的次數(shù)。

Oracle 執(zhí)行計(jì)劃

Oracle 中提供了多種查看執(zhí)行計(jì)劃的方法，本文使用以下方式：

使用 EXPLAIN PLAN FOR 命令生成并保存執(zhí)行計(jì)劃;

顯示保存的執(zhí)行計(jì)劃。

首先，生成執(zhí)行計(jì)劃：

EXPLAIN PLAN FOR 命令不會(huì)運(yùn)行 SQL 語句，因此創(chuàng)建的執(zhí)行計(jì)劃不一定與執(zhí)行該語句時(shí)的實(shí)際計(jì)劃相同。

該命令會(huì)將生成的執(zhí)行計(jì)劃保存到全局的臨時(shí)表 PLAN_TABLE 中，然后使用系統(tǒng)包 DBMS_XPLAN 中的存儲(chǔ)過程格式化顯示該表中的執(zhí)行計(jì)劃。以下語句可以查看當(dāng)前會(huì)話中的最后一個(gè)執(zhí)行計(jì)劃：

Oracle 中的 EXPLAIN PLAN FOR 支持 SELECT、UPDATE、INSERT 以及 DELETE 語句。

接下來，我們同樣需要理解執(zhí)行計(jì)劃中各種信息的含義：

Plan hash value 是該語句的哈希值。SQL 語句和執(zhí)行計(jì)劃會(huì)存儲(chǔ)在庫緩存中，哈希值相同的語句可以重用已有的執(zhí)行計(jì)劃，也就是軟解析;

Id 是一個(gè)序號(hào)，但不代表執(zhí)行的順序。執(zhí)行的順序按照縮進(jìn)來判斷，縮進(jìn)越多的越先執(zhí)行，同樣縮進(jìn)的從上至下執(zhí)行。Id 前面的星號(hào)表示使用了謂詞判斷，參考下面的 Predicate Information;

Operation 表示當(dāng)前的操作，也就是如何訪問表的數(shù)據(jù)、如何實(shí)現(xiàn)表的連接、如何進(jìn)行排序操作等;

Name 顯示了訪問的表名、索引名或者子查詢等，前提是當(dāng)前操作涉及到了這些對(duì)象;

Rows 是 Oracle 估計(jì)的當(dāng)前操作返回的行數(shù)，也叫基數(shù)(Cardinality);

Bytes 是 Oracle 估計(jì)的當(dāng)前操作涉及的數(shù)據(jù)量

Cost (%CPU) 是 Oracle 計(jì)算執(zhí)行該操作所需的代價(jià);

Time 是 Oracle 估計(jì)執(zhí)行該操作所需的時(shí)間;

Predicate Information 顯示與 Id 相關(guān)的謂詞信息。access 是訪問條件，影響到數(shù)據(jù)的訪問方式(掃描表還是通過索引);filter 是過濾條件，獲取數(shù)據(jù)后根據(jù)該條件進(jìn)行過濾。

在上面的示例中，Id 的執(zhí)行順序依次為 3 – 2 – 5 – 4- 1。首先，Id = 3 掃描主鍵索引 DEPT_ID_PK，Id = 2 按主鍵 ROWID 訪問表 DEPARTMENTS，結(jié)果已經(jīng)排序; 其次，Id = 5 全表掃描訪問 EMPLOYEES 并且利用 filter 過濾數(shù)據(jù)，Id = 4 基于部門編號(hào)進(jìn)行排序和過濾; 最后 Id = 1 執(zhí)行合并連接。顯然，此處 Oracle 選擇了排序合并連接的方式實(shí)現(xiàn)兩個(gè)表的連接。

關(guān)于 Oracle 執(zhí)行計(jì)劃和 SQL 調(diào)優(yōu)，可以參考 Oracle 官方文檔《SQL Tuning Guide》。

SQL Server 執(zhí)行計(jì)劃

SQL Server Management Studio 提供了查看圖形化執(zhí)行計(jì)劃的簡(jiǎn)單方法，這里我們介紹一種通過命令查看的方法：

SET STATISTICS PROFILE ON

以上命令可以打開 SQL Server 語句的分析功能，打開之后執(zhí)行的語句會(huì)額外返回相應(yīng)的執(zhí)行計(jì)劃：

SQL Server 中的執(zhí)行計(jì)劃支持 SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE 以及 EXECUTE 語句。

SQL Server 執(zhí)行計(jì)劃各個(gè)步驟的執(zhí)行順序按照縮進(jìn)來判斷，縮進(jìn)越多的越先執(zhí)行，同樣縮進(jìn)的從上至下執(zhí)行。接下來，我們需要理解執(zhí)行計(jì)劃中各種信息的含義：

Rows 表示該步驟實(shí)際產(chǎn)生的記錄數(shù);

Executes 表示該步驟實(shí)際被執(zhí)行的次數(shù);

StmtText 包含了每個(gè)步驟的具體描述，也就是如何訪問和過濾表的數(shù)據(jù)、如何實(shí)現(xiàn)表的連接、如何進(jìn)行排序操作等;

StmtId，該語句的編號(hào);

NodeId，當(dāng)前操作步驟的節(jié)點(diǎn)號(hào)，不代表執(zhí)行順序;

Parent，當(dāng)前操作步驟的父節(jié)點(diǎn)，先執(zhí)行子節(jié)點(diǎn)，再執(zhí)行父節(jié)點(diǎn);

PhysicalOp，物理操作，例如連接操作的嵌套循環(huán)實(shí)現(xiàn);

LogicalOp，邏輯操作，例如內(nèi)連接操作;

Argument，操作使用的參數(shù);

DefinedValues，定義的變量值;

EstimateRows，估計(jì)返回的行數(shù);

EstimateIO，估計(jì)的 IO 成本;

EstimateCPU，估計(jì)的 CPU 成本;

AvgRowSize，平均返回的行大小;

TotalSubtreeCost，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)累計(jì)的成本;

OutputList，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)輸出的字段列表;

Warnings，預(yù)估得到的警告信息;

Type，當(dāng)前操作步驟的類型;

Parallel，是否并行執(zhí)行;

EstimateExecutions，該步驟預(yù)計(jì)被執(zhí)行的次數(shù);

對(duì)于上面的語句，節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的順序?yàn)?3 – 4 – 2 – 1。首先執(zhí)行第 3 行，通過聚集索引 (主鍵) 掃描 employees 表加過濾的方式返回了 3 行數(shù)據(jù)，估計(jì)的行數(shù) (3.0841121673583984) 與此非常接近; 然后執(zhí)行第 4 行，循環(huán)使用聚集索引的方式查找 departments 表，循環(huán) 3 次每次返回 1 行數(shù)據(jù); 第 2 行是它們的父節(jié)點(diǎn)，表示使用 Nested Loops 方式實(shí)現(xiàn) Inner Join，Argument 列 (OUTER REFERENCES:([e].[department_id])) 說明驅(qū)動(dòng)表為 employees ; 第 1 行代表了整個(gè)查詢，不執(zhí)行實(shí)際操作。

最后，可以使用以下命令關(guān)閉語句的分析功能：

SET STATISTICS PROFILE OFF

關(guān)于 SQL Server 執(zhí)行計(jì)劃和 SQL 調(diào)優(yōu)，可以參考 SQL Server 官方文檔執(zhí)行計(jì)劃。

PostgreSQL 執(zhí)行計(jì)劃

PostgreSQL 中獲取執(zhí)行計(jì)劃的方法與 MySQL 類似，也就是在 SQL 語句的前面加上 EXPLAIN 關(guān)鍵字：

PostgreSQL 中的 EXPLAIN 支持 SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE、VALUES、EXECUTE、DECLARE、CREATE TABLE AS 以及 CREATE MATERIALIZED VIEW AS 語句。

PostgreSQL 執(zhí)行計(jì)劃的順序按照縮進(jìn)來判斷，縮進(jìn)越多的越先執(zhí)行，同樣縮進(jìn)的從上至下執(zhí)行。對(duì)于以上示例，首先對(duì) employees 表執(zhí)行全表掃描 (Seq Scan)，使用 salary 15000 作為過濾條件;cost 分別顯示了預(yù)估的返回第一行的成本(0.00) 和返回所有行的成本(3.34);rows 表示預(yù)估返回的行數(shù);width 表示預(yù)估返回行的大小(單位 Byte)。然后將掃描結(jié)果放入到內(nèi)存哈希表中，兩個(gè) cost 都等于 3.34，因?yàn)槭窃趻呙柰晁袛?shù)據(jù)后一次性計(jì)算并存入哈希表。接下來掃描 departments 并且根據(jù) department_id 計(jì)算哈希值，然后和前面的哈希表進(jìn)行匹配(d.department_id = e.department_id)。最上面的一行表明數(shù)據(jù)庫采用的是 Hash Join 實(shí)現(xiàn)連接操作。

PostgreSQL 中的 EXPLAIN 也可以使用 ANALYZE 選項(xiàng)顯示語句的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間和更多信息：

EXPLAIN ANALYZE 通過執(zhí)行語句獲得了更多的信息。其中，actual time 是每次迭代實(shí)際花費(fèi)的平均時(shí)間 (ms)，也分為啟動(dòng)時(shí)間和完成時(shí)間;loops 表示迭代次數(shù);Hash 操作還會(huì)顯示桶數(shù)(Buckets)、分批數(shù)量(Batches) 以及占用的內(nèi)存(Memory Usage)，Batches 大于 1 意味著需要使用到磁盤的臨時(shí)存儲(chǔ);Planning Time 是生成執(zhí)行計(jì)劃的時(shí)間;Execution Time 是執(zhí)行語句的實(shí)際時(shí)間，不包括 Planning Time。

關(guān)于 PostgreSQL 的執(zhí)行計(jì)劃和性能優(yōu)化，可以參考 PostgreSQL 官方文檔性能提示。

SQLite 執(zhí)行計(jì)劃

SQLite 也提供了 EXPLAIN QUERY PLAN 命令，用于獲取 SQL 語句的執(zhí)行計(jì)劃：

SQLite 中的 EXPLAIN QUERY PLAN 支持 SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE 等語句。

SQLite 執(zhí)行計(jì)劃同樣按照縮進(jìn)來顯示，縮進(jìn)越多的越先執(zhí)行，同樣縮進(jìn)的從上至下執(zhí)行。以上示例先掃描 employees 表，然后針對(duì)該結(jié)果依次通過主鍵查找 departments 中的數(shù)據(jù)。SQLite 只支持一種連接實(shí)現(xiàn)，也就是 nested loops join。

另外，SQLite 中的簡(jiǎn)單 EXPLAIN 也可以用于顯示執(zhí)行該語句的虛擬機(jī)指令序列：