四.查询优化主讲人：米凡四查询优化4.1查询处理4.2查询优化4.3代数优化4
.4物理优化4.5小结1查询处理步骤RDBMS查询处理阶段：1.查询分析2.查询检查3.查询优
化4.查询执行查询处理步骤（续）2.查询优化查询优化：选择一个高效执行的查询处理策略查询优化分类：代数
优化：指关系代数表达式的优化物理优化：指存取路径和底层操作算法的选择查询优化方法选择的依据：基于规则(rulebased)
基于代价(costbased)基于语义(semanticbased)一个实例[例3]求选修了2号课程的学生姓名。用S
QL表达：SELECTStudent.Sname FROMStudent，SC WHERE
Student.Sno=SC.SnoAND SC.Cno=‘2’；假定学生-课程数据库中有1000个学生记录，1
0000个选课记录其中选修2号课程的选课记录为50个一个实例（续）系统可以用多种等价的关系代数表达式来完成这一查询Q1=
πSname(σStudent.Sno=SC.Sno∧Sc.Cno=''2''(Student×SC))Q2=πSname(σSc
.Cno=''2''(StudentSC))Q3=πSname(StudentσSc.Cno=''2''(SC)
) 一个实例（续）一、第一种情况Q1=πSname(σStudent.Sno=SC.Sno∧Sc.Cno=''2''St
udent×SC))1.计算广义笛卡尔积把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。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表处理完一个实例（续）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+20×100=2100块其中，读Student表100块。读SC表20遍，每遍1
00块。若每秒读写20块，则总计要花105s连接后的元组数为103×104=107。设每块能装10个元组，则写出这些块要用10
6/20=5×104s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5×104s满足条件的元组假设仅50个，均可放在内存一个实例（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+2×5×104≈
105s所有内存处理时间均忽略不计一个实例（续）二、第二种情况Q2=πSname(σSc.Cno=''2''
(StudentSC))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21
00块花费105s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+50≈205s一个实例（续）一个实例（续）假如SC表的Cno字段上有索引第一步就不必读取所有的SC元
组而只需读取Cno=‘2’的那些元组(50个)存取的索引块和SC中满足条件的数据块大约总共3～4块若Student表在Sno
上也有索引第二步也不必读取所有的Student元组因为满足条件的SC记录仅50个，涉及最多50个Student记录读取Stu
dent表的块数也可大大减少总的存取时间将进一步减少到数秒一个实例（续）在Q3中SC表的选择操作算法有全表扫描和索引
扫描2种方法，经过初步估算，索引扫描方法较优对于Student和SC表的连接，利用Student表上的索引，采用indexj
oin代价也较小，这就是物理优化3.代数优化查询树的启发式规则：1.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3.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
尔积结合起来成为一个连接运算5.找出公共子表达式查询树的启发式优化遵循这些启发式规则 算法：关系表达式的优化
输入：一个关系表达式的查询树输出：优化的查询树 查询树的启发式优化（续）下面给出［实例］中SQL语
句的代数优化示例。(1)把SQL语句转换成查询树，如下图所示 查询树的启发式优化（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代数语法树，则上面的查询树如下图所示。查询树的启发式优化（续）(2)对查询树进行优化把
选择σSC.Cno=‘2’移到叶端，查询树便转换成下图所示的优化的查询树。转化成查询树4物理优化代数优化
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5.小结查询处理是RDBMS的核心，查询优化
技术是查询处理的关键技术本章的目的：希望读者掌握查询优化方法的概念和技术小结（续）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
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1.试述查询优化在关系数据库系统中的重要性和可能性。答：
重要性：关系系统的查询优化既是RDBMS实现的关键技术又是关系系统的优点所在。它减轻了用户选择存取路径的负担。用户只要提出“干什么
”，不必之处“怎么干”。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.试述查询优化在关系数据库系统中的重要性和可能性。可能性：这是因为：1）优化器可以从数据字典中获得虚的统计信息，例
如关系中的元组数、关系中的每个属性值的分布情况等。优化器可以根据这些信息选择有效的执行计划，而用户程序则很难获得这些信息。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进行重新优化以选择适当的查询计划。在菲关系系统中不许重写程序，而重写程序在实际应用中
往往是不大可能的。3)优化器可以考虑数十甚至数百种不同的执行计划，从中选出较优的一个，而程序员一般只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。1).
试述查询优化在关系数据库系统中的重要性。查询优化分为数据库性能的优化和应用程序的优化1）数据库性能的优化
一个数据库系统的生命周期可以分成：设计、开发和成品三个阶段。在设计阶段进行数据库性能优化的成本最低，收益最大。在成品阶
段进行数据库性能优化的成本最高，收益最小。数据库的优化通常可以通过对网络、硬件、操作系统、数据库参数和应用程
序的优化来进行。最常见的优化手段就是对硬件的升级。根据统计，对网络、硬件、操作系统、数据库参数进行优化所获得的性能提升，全部加起来
占数据库系统性能提升的40%左右。1).试述查询优化在关系数据库系统中的重要性2）应用程序的优化应用
程序的优化通常可分为两个方面：源代码和SQL语句。由于涉及到对程序逻辑的改变，源代码的优化在时间成本和风险上代价很高，而对数据库系
统性能的提升收效有限。优化SQL语句的传统方法是通过手工重写来对SQL语句进行优化。DBA或资深程序员通过对SQL语句执行计划的
分析，依靠经验，尝试重写SQL语句，然后对结果和性能进行比较，以试图找到性能较佳的SQL语句。这种传统上的作法无法找出SQL语句的
所有可能写法，且依赖于人的经验，非常耗费时间，但是60%系统性能提升来自对应用程序的优化。许多优化专家认为，对应用程序的优化可以得
到80%的系统性能的提升。3.试述RDBMS查询优化的一般准则。查询树的启发式规则：1.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3.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为一个连接运算5.找出公共子表达式4.试述RDBMS查询优化的一般步骤。答：各个关系
系统的优化方式不尽相同，大致的步骤可以归纳如下：1）把查询转换成一种计算机内部表示，通常用的内部表示是语法树。2）利
用优化算法，将原始语法树转化成优化的形式。3）选择适当的底层存取路径。4）生成一组查询计划，从中选择一个代价最小的计划
查询优化过程中，应该尽量避免出现什么情况？数据库查询优化原则1.对查询进行优化，应尽量避免全表扫描，首先应考虑在
where及orderby涉及的列上建立索引。2.应尽量避免在where子句中使用!=或<>操作符，否则将引擎放
弃使用索引而进行全表扫描。3.应尽量避免在where子句中使用or来连接条件，否则将导致引擎放弃使用索引而进行全表扫描，
如：4.应尽量避免在where子句中对字段进行表达式操作，这将导致引擎放弃使用索引而进行全表扫描。如：5.应尽量避免在wh
ere子句中对字段进行函数操作，这将导致引擎放弃使用索引而进行全表扫描。查询处理步骤三、第三种情况Q3
=πSname(StudentσSc.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+5≈10s一个实例（续）把代数表达式Q1变换为Q2、Q3，即有选择和连接操作时，先做选择操作，这样参加连接的元组就可以大大减少，这是代数优化查询树关系代数语法树优化后的查询树关系代数语法树优化后的查询树查询树 |
|
