第九章关系查询处理和查询优化

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1、计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 1数据库原理数据库原理Theory of Database 第九章第九章 关系查询处理和查询优化关系查询处理和查询优化计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 2第九章第九章 关系系统及其查询优化关系系统及其查询优化9.1 关系数据库系统的查询处理关系数据库系统的查询处理 9.2 关系数据库系统的查询优化关系数据库系统的查询优化 9.3 代数优化代数优化9.4 物理优化物理优化 9.5 小小 结结 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 39.1 关系数据库系统的查询处理关

2、系数据库系统的查询处理v9.1.1 查询处理步骤查询处理步骤v9.1.2 实现查询操作的算法示例实现查询操作的算法示例 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 49.1.1 查询处理步骤查询处理步骤vRDBMS查询处理阶段查询处理阶段：1.查询分析2.查询检查3.查询优化 4.查询执行 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 5查询处理步骤（续）查询处理步骤（续）查询处理步骤计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 61.查询分析查询分析v对查询语句进行扫描、词法分析和语法分析 v从查询语句中识别出语言符号 v进

3、行语法检查和语法分析 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 72.查询检查查询检查 v 根据数据字典对合法的查询语句进行语义检查 v 根据数据字典中的用户权限和完整性约束定义对用户的存取权限进行检查 v 检查通过后把SQL查询语句转换成等价的关系代数表达式 v RDBMS一般都用查询树(语法分析树)来表示扩展的关系代数表达式 v 把数据库对象的外部名称转换为内部表示 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 83.查询优化查询优化v查询优化：选择一个高效执行的查询处理策略 v查询优化分类：代数优化：指关系代数表达式的优化 物理优化：指存取

4、路径和底层操作算法的选择v查询优化方法选择的依据：基于规则(rule based)基于代价(cost based)基于语义(semantic based)计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 94.查询执行查询执行 v依据优化器得到的执行策略生成查询计划v代码生成器(code generator)生成执行查询计划的代码 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 109.1 关系数据库系统的查询处理关系数据库系统的查询处理v9.1.1 查询处理步骤查询处理步骤v9.1.2 实现查询操作的算法示例实现查询操作的算法示例 计算机与信息工程分院-

5、计算机系Theory of Database 119.1.2 实现查询操作的算法示例实现查询操作的算法示例 v一、选择操作的实现 v二、连接操作的实现 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 12一、一、选择操作的实现选择操作的实现 v例1Select*from student where ；考虑的几种情况：C1：无条件；C2：Sno200215121；C3：Sage20；C4：SdeptCS AND Sage20；计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 13选择操作的实现（续）选择操作的实现（续）v选择操作典型实现方法：选择操作典型实现

6、方法：1.简单的全表扫描方法简单的全表扫描方法 对查询的基本表顺序扫描，逐一检查每个元组是否满足选择条件，把满足条件的元组作为结果输出 适合小表，不适合大表 2.索引索引(或散列或散列)扫描方法扫描方法 适合选择条件中的属性上有索引(例如B+树索引或Hash索引)通过索引先找到满足条件的元组主码或元组指针，再通过元组指针直接在查询的基本表中找到元组 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 14二、二、连接操作的实现连接操作的实现 v连接操作是查询处理中最耗时的操作之一 v等值连接(或自然连接)最常用的实现算法 v 例2 SELECT*FROM Student，SC

7、WHERE Student.Sno=SC.Sno；计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 15连接操作的实现（续）连接操作的实现（续）v1.嵌套循环方法(nested loop)v2.排序-合并方法(sort-merge join 或merge join)v3.索引连接(index join)方法 v4.Hash Join方法 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 16连接操作的实现（续）连接操作的实现（续）v嵌套循环方法嵌套循环方法(nested loop)对外层循环(Student)的每一个元组(s)，检索内层循环(SC)中的每一个

8、元组(sc)检查这两个元组在连接属性(sno)上是否相等如果满足连接条件，则串接后作为结果输出，直到外层循环表中的元组处理完为止 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 17连接操作的实现（续）连接操作的实现（续）2.排序排序-合并方法合并方法(sort-merge join 或或merge join)适合连接的诸表已经排好序的情况 排序合并连接方法的步骤：如果连接的表没有排好序，先对Student表和SC表按连接属性Sno排序 取Student表中第一个Sno，依次扫描SC表中具有相同Sno的元组 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database

9、 18连接操作的实现（续）连接操作的实现（续）200215121200215122200215123200215124.200215121 1 92200215121 2 85200215121 3 88200215122 2 90200215122 3 80.排序-合并连接方法示意图计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 19连接操作的实现（续）连接操作的实现（续）排序合并连接方法的步骤（续）：当扫描到Sno不相同的第一个SC元组时，返回Student表扫描它的下一个元组，再扫描SC表中具有相同Sno的元组，把它们连接起来 重复上述步骤直到Student 表扫描完

10、计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 20连接操作的实现（续）连接操作的实现（续）v Student表和SC表都只要扫描一遍v 如果2个表原来无序，执行时间要加上对两个表的排序时间v 对于2个大表，先排序后使用sort-merge join方法执行连接，总的时间一般仍会大大减少 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 21连接操作的实现（续）连接操作的实现（续）3.索引连接索引连接(index join)方法方法v 步骤：在SC表上建立属性Sno的索引，如果原来没有该索引 对Student中每一个元组，由Sno值通过SC的索引查找相应的

11、SC元组 把这些SC元组和Student元组连接起来 循环执行，直到Student表中的元组处理完为止 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 22连接操作的实现（续）连接操作的实现（续）4.Hash Join方法方法 把连接属性作为hash码，用同一个hash函数把R和S中的元组散列到同一个hash文件中 步骤：步骤：划分阶段(partitioning phase)：对包含较少元组的表(比如R)进行一遍处理 把它的元组按hash函数分散到hash表的桶中 试探阶段(probing phase)：也称为连接阶段(join phase)对另一个表(S)进行一遍处理 把

12、S的元组散列到适当的hash桶中 把元组与桶中所有来自R并与之相匹配的元组连接起来 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 23连接操作的实现（续）连接操作的实现（续）v上面hash join算法前提：假设两个表中较小的表在第一阶段后可以完全放入内存的hash桶中 v以上的算法思想可以推广到更加一般的多个表的连接算法上 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 24第九章第九章 关系系统及其查询优化关系系统及其查询优化9.1 关系数据库系统的查询处理关系数据库系统的查询处理 9.2 关系数据库系统的查询优化关系数据库系统的查询优化 9.3

13、代代 数数 优优 化化 9.4 物物 理理 优优 化化 9.5 小小 结结 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 259.2 关系数据库系统的查询优化关系数据库系统的查询优化v查询优化在关系数据库系统中有着非常重要的地位 v关系查询优化是影响RDBMS性能的关键因素 v由于关系表达式的语义级别很高，使关系系统可以从关系表达式中分析查询语义，提供了执行查询优化的可能性 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 269.2 关系数据库系统的查询优化关系数据库系统的查询优化v9.2.1 查询优化概述查询优化概述v9.2.2 一个实例一个实例 计

14、算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 279.2.1 查询优化概述查询优化概述v关系系统的查询优化v非关系系统计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 28查询优化概述（续）查询优化概述（续）v 查询优化的优点不仅在于用户不必考虑如何最好地表达查询以获得较好的效率，而且在于系统可以比用户程序的“优化”做得更好 (1)优化器可以从数据字典中获取许多统计信息，而用户程序则难以获得这些信息(2)如果数据库的物理统计信息改变了，系统可以自动对查询重新优化以选择相适应的执行计划。在非关系系统中必须重写程序，而重写程序在实际应用中往往是不太可能的。计算

15、机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 29查询优化概述（续）查询优化概述（续）(3)优化器可以考虑数百种不同的执行计划，程序员一般只能考虑有限的几种可能性。(4)优化器中包括了很多复杂的优化技术，这些优化技术往往只有最好的程序员才能掌握。系统的自动优化相当于使得所有人都拥有这些优化技术计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 30查询优化概述（续）查询优化概述（续）v RDBMS通过某种代价模型计算出各种查询执行策略的执行代价，然后选取代价最小的执行方案 集中式数据库执行开销主要包括：磁盘存取块数(I/O代价)处理机时间(CPU代价)查询的内

16、存开销 I/O代价是最主要的 分布式数据库总代价=I/O代价+CPU代价+内存代价通信代价 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 31查询优化概述（续）查询优化概述（续）v查询优化的总目标：选择有效的策略 求得给定关系表达式的值 使得查询代价最小(实际上是较小)计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 329.2 关系数据库系统的查询优化关系数据库系统的查询优化v9.2.1 查询优化概述查询优化概述v9.2.2 一个实例一个实例 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 339.2.2 一个实例一个实例例3 求选

17、修了2号课程的学生姓名。用SQL表达：SELECT Student.Sname FROM Student，SC WHERE Student.Sno=SC.Sno AND SC.Cno=2；n假定学生-课程数据库中有1000个学生记录，10000个选课记录n其中选修2号课程的选课记录为50个 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 34一个实例（续）一个实例（续）v系统可用多种等价的关系代数式来完成这一查询Q1=Sname(Student.Sno=SC.SnoSc.Cno=2(StudentSC)Q2=Sname(Sc.Cno=2(Student SC)Q3=Snam

18、e(Student Sc.Cno=2(SC)计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 35一个实例（续）一个实例（续）v 一、第一种情况一、第一种情况 Q1=Sname(Student.Sno=SC.SnoSc.Cno=2 StudentSC)1.计算广义笛卡尔积 v 把Student和SC的每个元组连接起来的做法：在内存中尽可能多地装入某个表(如Student表)的若干块，留出一块存放另一个表(如SC表)的元组。把SC中的每个元组和Student中每个元组连接，连接后的元组装满一块后就写到中间文件上 从SC中读入一块和内存中的Student元组连接，直到SC表处理完

19、。再读入若干块Student元组，读入一块SC元组 重复上述处理过程，直到把Student表处理完计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 36一个实例（续）一个实例（续）v 设一个块能装10个Student元组或100个SC元组，在内存中存放5块Student元组和1块SC元组，则读取总块数为 =100+20100=2100块v 其中，读Student表100块。读SC表20遍，每遍100块。若每秒读写20块，则总计要花105s v 连接后的元组数为103104=107。设每块能装10个元组，则写出这些块要用106/20=5104s 1010005101000100

20、10000计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 37一个实例（续）一个实例（续）2.作选择操作 依次读入连接后的元组，按照选择条件选取满足要求的记录 假定内存处理时间忽略。读取中间文件花费的时间(同写中间文件一样)需5104s 满足条件的元组假设仅50个，均可放在内存 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 38一个实例（续）一个实例（续）3.作投影操作 把第2步的结果在Sname上作投影输出，得到最终结果 第一种情况下执行查询的总时间105+25104105s 所有内存处理时间均忽略不计 计算机与信息工程分院-计算机系Theory o

21、f Database 39一个实例（续）一个实例（续）v二、二、第二种情况第二种情况 Q2=Sname(Sc.Cno=2(Student SC)1.计算自然连接 执行自然连接，读取Student和SC表的策略不变，总的读取块数仍为2100块花费105 s 自然连接的结果比第一种情况大大减少，为104个 写出这些元组时间为104/10/20=50s，为第一种情况的千分之一 2.读取中间文件块，执行选择运算，花费时间也为50s。3.把第2步结果投影输出。第二种情况总的执行时间105+50+50205s 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 40一个实例（续）一个实例（

22、续）v三、三、第三种情况第三种情况 Q3=Sname(Student Sc.Cno=2(SC)1.先对SC表作选择运算，只需读一遍SC表，存取100块花费时间为5s，因为满足条件的元组仅50个，不必使用中间文件。2.读取Student表，把读入的Student元组和内存中的SC元组作连接。也只需读一遍Student表共100块，花费时间为5s。3.把连接结果投影输出 第三种情况总的执行时间5+510s 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 41第九章第九章 关系系统及其查询优化关系系统及其查询优化9.1 关系数据库系统的查询处理关系数据库系统的查询处理 9.2 关

23、系数据库系统的查询优化关系数据库系统的查询优化 9.3 代数优化代数优化 9.4 物理优化物理优化 9.5 小小 结结 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 429.3 代代 数数 优优 化化v9.3.1 关系代数表达式等价变换规则关系代数表达式等价变换规则 v9.3.2 查询树的启发式优化查询树的启发式优化 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 439.3.1 关系代数表达式等价变换规则关系代数表达式等价变换规则 v代数优化策略：通过对关系代数表达式的等价变换来提高查询效率 v关系代数表达式的等价：指用相同的关系代替两个表达式中相应

24、的关系所得到的结果是相同的v两个关系表达式E1和E2是等价的，可记为E1E2 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 44关系代数表达式等价变换规则（续）关系代数表达式等价变换规则（续）v 常用的等价变换规则：常用的等价变换规则：1.连接、笛卡尔积交换律 设E1和E2是关系代数表达式，F是连接运算的条件，则有 E1 E2E2 E1 E1 E2E2 E1 E1 E2E2 E12.连接、笛卡尔积的结合律 设E1，E2，E3是关系代数表达式，F1和F2是连接运算的条件，则有 (E1 E2)E3E1 (E2 E3)(E1 E2)E3E1 (E2 E3)(E1 E2)E3E1

25、 (E2 E3)计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 45关系代数表达式等价变换规则（续）关系代数表达式等价变换规则（续）3.投影的串接定律 (E)(E)这里，E是关系代数表达式，Ai(i=1，2，n)，Bj(j=1，2，m)是属性名且A1，A2，An构成B1，B2，Bm的子集。4.选择的串接定律 (E)(E)这里，E是关系代数表达式，F1、F2是选择条件。选择的串接律说明选择条件可以合并。这样一次就可检查全部条件。nAAA,21mBBB,21nAAA,211F2F21FF 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 46关系代数表达式等价

26、变换规则（续）关系代数表达式等价变换规则（续）5.选择与投影操作的交换律 F(E)(F(E)选择条件F只涉及属性A1，An。若F中有不属于A1，An的属性B1，Bm则有更一般的规则：(F(E)(F(E)nAAA,21nAAA,21nAAA,21nAAA,21mnBBBAAA,2121计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 47关系代数表达式等价变换规则（续）关系代数表达式等价变换规则（续）6.选择与笛卡尔积的交换律如果F中涉及的属性都是E1中的属性，则 (E1E2)(E1)E2如果F=F1F2，并且F1只涉及E1中的属性，F2只涉及E2中的属性，则由上面的等价变换规

27、则1，4，6可推出：(E1E2)(E1)(E2)若F1只涉及E1中的属性，F2涉及E1和E2两者的属性，则仍有 (E1E2)(E1)E2)它使部分选择在笛卡尔积前先做。1F2F2F1FFFFF计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 48关系代数表达式等价变换规则（续）关系代数表达式等价变换规则（续）7.选择与并的分配律设E=E1E2，E1，E2有相同的属性名，则 F(E1E2)F(E1)F(E2)8.选择与差运算的分配律若E1与E2有相同的属性名，则 F(E1-E2)F(E1)-F(E2)9.选择对自然连接的分配律 F(E1 E2)F(E1)F(E2)F只涉及E1与

28、E2的公共属性 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 49关系代数表达式等价变换规则（续）关系代数表达式等价变换规则（续）10.投影与笛卡尔积的分配律设E1和E2是两个关系表达式，A1，An是E1的属性，B1，Bm是E2的属性，则 (E1E2)(E1)(E2)11.投影与并的分配律设E1和E2有相同的属性名，则 (E1E2)(E1)(E2)mnBBBAAA,2121nAAA,21mBBB,21nAAA,21nAAA,21nAAA,21计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 509.3 代代 数数 优优 化化v9.3.1 关系代数表达式等

29、价变换规则关系代数表达式等价变换规则 v9.3.2 查询树的启发式优化查询树的启发式优化 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 519.3.2 查询树的启发式优化查询树的启发式优化 v典型的启发式规则：典型的启发式规则：1.选择运算应尽可能先做。选择运算应尽可能先做。在优化策略中这是最重要、最基本的一条2.把投影运算和选择运算同时进行把投影运算和选择运算同时进行如有若干投影和选择运算，并且它们都对同一个关系操作，则可以在扫描此关系的同时完成所有的这些运算以避免重复扫描关系计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 52查询树的启发式优化（续

30、）查询树的启发式优化（续）3.把投影同其前或其后的双目运算结合起来把投影同其前或其后的双目运算结合起来4.把某些选择同在它前面要执行的笛卡尔积结合起来成把某些选择同在它前面要执行的笛卡尔积结合起来成为一个连接运算为一个连接运算5.找出公共子表达式找出公共子表达式如果这种重复出现的子表达式的结果不是很大的关系并且从外如果这种重复出现的子表达式的结果不是很大的关系并且从外存中读入这个关系比计算该子表达式的时间少得多，则先计算存中读入这个关系比计算该子表达式的时间少得多，则先计算一次公共子表达式并把结果写入中间文件是合算的一次公共子表达式并把结果写入中间文件是合算的当查询的是视图时，定义视图的表达式

31、就是公共子表达式的情当查询的是视图时，定义视图的表达式就是公共子表达式的情况况计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 53查询树的启发式优化（续）查询树的启发式优化（续）v 遵循这些启发式规则，应用等价变换公式来优化关系表达遵循这些启发式规则，应用等价变换公式来优化关系表达式的算法。式的算法。算法：关系表达式的优化算法：关系表达式的优化输入：一个关系表达式的查询树输入：一个关系表达式的查询树输出：优化的查询树输出：优化的查询树方法：方法：(1)利用等价变换规则利用等价变换规则4把形如把形如F1F2Fn(E)变换为变换为F1(F2(Fn(E)。(2)对每一对每一选择选

32、择，利用等价规则尽可能把它，利用等价规则尽可能把它移到树的叶端移到树的叶端。计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 54查询树的启发式优化（续）查询树的启发式优化（续）(3)对每一对每一投影投影利用等价规则尽可能把它利用等价规则尽可能把它移向树的叶端移向树的叶端。注意：注意：等价变换规则等价变换规则3使一些投影消失使一些投影消失规则规则5把一个投影分裂为两个，其中一个有可能被移向树把一个投影分裂为两个，其中一个有可能被移向树的叶端的叶端(4)利用等价变换规则把利用等价变换规则把选择和投影的串接合并选择和投影的串接合并成单个选择、成单个选择、单个投影或一个选择后跟一个

33、投影。使多个选择或投影能同时单个投影或一个选择后跟一个投影。使多个选择或投影能同时执行，或在一次扫描中全部完成执行，或在一次扫描中全部完成。计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 55查询树的启发式优化（续）查询树的启发式优化（续）(5)把上述得到的语法树的内节点分组。每一双目运算把上述得到的语法树的内节点分组。每一双目运算(，-)和它所有的直接祖先为一组和它所有的直接祖先为一组(这些直接祖先这些直接祖先是是(，运算运算)。如果其后代直到叶子全是单目运算，则也将它们并入如果其后代直到叶子全是单目运算，则也将它们并入该组该组 但当双目运算是笛卡尔积但当双目运算是笛卡尔

34、积()，而且后面不是与它组成，而且后面不是与它组成等值连接的选择时，则不能把选择与这个双目运算组等值连接的选择时，则不能把选择与这个双目运算组成同一组，把这些单目运算单独分为一组成同一组，把这些单目运算单独分为一组 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 56查询树的启发式优化（续）查询树的启发式优化（续）例例4 下面给出例下面给出例3中中 SQL语句的代数优化示例。语句的代数优化示例。(1)把把SQL语句转换成查询树，如下图所示语句转换成查询树，如下图所示计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 57查询树的启发式优化（续）查询树的启发式

35、优化（续）为了使用关系代数表达式的优化法，假设内部表示是关系为了使用关系代数表达式的优化法，假设内部表示是关系代数语法树，则上面的查询树如下图所示。代数语法树，则上面的查询树如下图所示。关系代数语法树 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 58查询树的启发式优化（续）查询树的启发式优化（续）(2)对查询树进行优化利用规则利用规则4、6把选择把选择SC.Cno=2移到叶端，查询树便转换移到叶端，查询树便转换成下图所示的优化的查询树。成下图所示的优化的查询树。计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 59第九章第九章 关系系统及其查询优化关系

36、系统及其查询优化9.1 关系数据库系统的查询处理关系数据库系统的查询处理 9.2 关系数据库系统的查询优化关系数据库系统的查询优化 9.3 代数优化代数优化 9.4 物理优化物理优化 9.5 小小 结结 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 609.4 物理优化物理优化v代数优化改变查询语句中操作的次序和组合，不涉及底层的存取路径v对于一个查询语句有许多存取方案，它们的执行效率不同，仅仅进行代数优化是不够的 v物理优化就是要选择高效合理的操作算法或存取路径，求得优化的查询计划 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 61物理优化（续）物

37、理优化（续）v选择的方法：选择的方法：基于规则的启发式优化 基于代价估算的优化 两者结合的优化方法计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 629.4 物理优化物理优化v9.4.1 基于启发式规则的存取路径选择优化基于启发式规则的存取路径选择优化v9.4.2 基于代价的优化基于代价的优化 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 639.4.1 基于启发式规则的存取路径选择优化基于启发式规则的存取路径选择优化v一、选择操作的启发式规则 v二、连接操作的启发式规则 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 64基于启发

38、式规则的存取路径选择优化基于启发式规则的存取路径选择优化(续续)v 一、一、选择操作的启发式规则选择操作的启发式规则:1.对于小关系对于小关系，使用全表顺序扫描，即使选择列上有索引，使用全表顺序扫描，即使选择列上有索引 对于大关系，启发式规则有：对于大关系，启发式规则有：2.对于选择条件是主码值的查询对于选择条件是主码值的查询查询结果最多是一个元组，可以选择查询结果最多是一个元组，可以选择主码索引主码索引一般的一般的RDBMS会自动建立主码索引。会自动建立主码索引。3.对于选择条件是非主属性值的查询，且选择列上有索引对于选择条件是非主属性值的查询，且选择列上有索引n要估算查询结果的元组数目要估

39、算查询结果的元组数目如果比例较小如果比例较小(10%)可以使用索引扫描方法可以使用索引扫描方法否则还是使用全表顺序扫描否则还是使用全表顺序扫描计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 65基于启发式规则的存取路径选择优化基于启发式规则的存取路径选择优化(续续)4.对于选择条件是属性上非等值查询或范围查询，且选择列上有索引。对于选择条件是属性上非等值查询或范围查询，且选择列上有索引。n要估算查询结果的元组数目要估算查询结果的元组数目 如果比例较小如果比例较小(10%)可以使用索引扫描方法可以使用索引扫描方法 否则还是使用全表顺序扫描否则还是使用全表顺序扫描 5.对于用对

40、于用AND连接的合取选择条件。连接的合取选择条件。n如果有涉及这些属性的组合索引如果有涉及这些属性的组合索引 优先采用组合索引扫描方法优先采用组合索引扫描方法n如果某些属性上有一般的索引如果某些属性上有一般的索引 则可以用例则可以用例1-C4中介绍的索引扫描方法中介绍的索引扫描方法 否则使用全表顺序扫描。否则使用全表顺序扫描。6.对于用对于用OR连接的析取选择条件，一般使用全表顺序扫描。连接的析取选择条件，一般使用全表顺序扫描。计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 66基于启发式规则的存取路径选择优化基于启发式规则的存取路径选择优化(续续)v 二、二、连接操作的启

41、发式规则：连接操作的启发式规则：1.如果如果2个表都已按照连接属性排序：个表都已按照连接属性排序：用排序用排序-合并方法合并方法2.如果一个表在连接属性上有索引：如果一个表在连接属性上有索引：选用索引连接方法选用索引连接方法3.如上如上2个规则都不适用，其中一表较小：个规则都不适用，其中一表较小：用用Hash join方法方法 4.可选用嵌套循环方法，并选择其中较小的表，确切地讲是占用块数可选用嵌套循环方法，并选择其中较小的表，确切地讲是占用块数(b)较少的表，作为外表较少的表，作为外表(外循环的表外循环的表)。理由：理由：设连接表设连接表R与与S分别占用的块数为分别占用的块数为Br与与Bs

42、连接操作使用的内存缓冲区块数为连接操作使用的内存缓冲区块数为K 分配分配K-1块给外表块给外表 如果如果R为外表，则嵌套循环法存取的块数为为外表，则嵌套循环法存取的块数为Br+(Br/K-1)Bs 显然应该选块数小的表作为外表显然应该选块数小的表作为外表 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 679.4 物理优化（续）物理优化（续）v9.4.1 基于启发式规则的存取路径选择优化基于启发式规则的存取路径选择优化v9.4.2 基于代价的优化基于代价的优化 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 689.4.2 基于代价的优化基于代价的优化

43、v启发式规则优化是定性的选择，适合解释执行的系统 解释执行的系统，优化开销包含在查询总开销之中 v编译执行的系统中查询优化和查询执行是分开的 可以采用精细复杂一些的基于代价的优化方法 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 69基于代价的优化（续）基于代价的优化（续）v一、统计信息 v二、代价估算示例 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 70基于代价的优化（续）基于代价的优化（续）一、一、统计信息统计信息v基于代价的优化方法要计算各种操作算法的执行代价，与数据库的状态密切相关 v数据字典中存储的优化器需要的统计信息：1.对每个基本表n

44、该表的元组总数(N)n元组长度(l)n占用的块数(B)n占用的溢出块数(BO)计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 71基于代价的优化（续）基于代价的优化（续）2.对基表的每个列n该列不同值的个数(m)n选择率(f)如果不同值的分布是均匀的，f1/m如果不同值的分布不均匀，则每个值的选择率具有该值的元组数/Nn该列最大值n该列最小值n该列上是否已经建立了索引n索引类型(B+树索引、Hash索引、聚集索引)计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 72基于代价的优化（续）基于代价的优化（续）3.对索引(如B+树索引)n索引的层数(L)n不同

45、索引值的个数n索引的选择基数S(有S个元组具有某个索引值)n索引的叶结点数(Y)计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 73基于代价的优化（续）基于代价的优化（续）二、二、代价估算示例代价估算示例 v全表扫描算法的代价估算公式全表扫描算法的代价估算公式如果基本表大小为B块，全表扫描算法的代价 costB如果选择条件是码值，那么平均搜索代价 costB/2计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 74基于代价的优化（续）基于代价的优化（续）2.索引扫描算法的代价估算公式索引扫描算法的代价估算公式 如果选择条件是码值如例1-C2，则采用该表的主

46、索引若为B+树，层数为L，需要存取B+树中从根结点到叶结点L块，再加上基本表中该元组所在的那一块，所以cost=L+1 如果选择条件涉及非码属性如例1-C3，若为B+树索引，选择条件是相等比较，S是索引的选择基数(有S个元组满足条件)最坏的情况下，满足条件的元组可能会保存在不同的块上，此时，cost=L+S 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 75基于代价的优化（续）基于代价的优化（续）如果比较条件是，操作假设有一半的元组满足条件就要存取一半的叶结点通过索引访问一半的表存储块cost=L+Y/2+B/2如果可以获得更准确的选择基数，可以进一步修正Y/2与B/2计

47、算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 76基于代价的优化（续）基于代价的优化（续）3.嵌套循环连接算法的代价估算公式嵌套循环连接算法的代价估算公式 中已经讨论过了嵌套循环连接算法的代价costBr+Bs/(K-1)Br 如果需要把连接结果写回磁盘，costBr+Bs/(K-1)Br+(Frs*Nr*Ns)/Mrs其中Frs为连接选择性(join selectivity)，表示连接结果元组数的比例Mrs是存放连接结果的块因子，表示每块中可以存放的结果元组数目。计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 77基于代价的优化（续）基于代价的优化（续

48、）4.排序排序-合并连接算法的代价估算公式合并连接算法的代价估算公式 如果连接表已经按照连接属性排好序，则costBr+Bs+(Frs*Nr*Ns)/Mrs。如果必须对文件排序需要在代价函数中加上排序的代价对于包含B个块的文件排序的代价大约是(2*B)+(2*B*log2B)计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 78第九章第九章 关系系统及其查询优化关系系统及其查询优化9.1 关系数据库系统的查询处理关系数据库系统的查询处理 9.2 关系数据库系统的查询优化关系数据库系统的查询优化 9.3 代数优化代数优化 9.4 物理优化物理优化 9.5 小小 结结 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 799.5 小小 结结v查询处理是RDBMS的核心，查询优化技术是查询处理的关键技术 v优化方法 启发式代数优化 基于规则的存取路径优化 基于代价的优化v查询优化方法的概念和技术 计算机与信息工程分院-计算机系Theory of Database 80小小 结（续）结（续）v比较复杂的查询，尤其是涉及连接和嵌套的查询 不要把优化的任务全部放在RDBMS上 应该找出RDBMS的优化规律，以写出适合RDBMS自动优化的SQL语句 v对于RDBMS不能优化的查询需要重写查询语句，进行手工调整以优化性能