Android 資料庫優化

lostinai發表於2014-04-14
Android資料庫優化

本文為效能優化的第一篇——資料庫效能優化，原理適用於大部分資料庫包括Sqlite、Mysql、Oracle、Sql server，詳細介紹了索引(優缺點、分類、場景、規則)和事務，最後介紹了部分單獨針對Sqlite的優化。

1、索引

簡單的說，索引就像書本的目錄，目錄可以快速找到所在頁數，資料庫中索引可以幫助快速找到資料，而不用全表掃描，合適的索引可以大大提高資料庫查詢的效率。

(1). 優點
大大加快了資料庫檢索的速度，包括對單表查詢、連表查詢、分組查詢、排序查詢。經常是一到兩個數量級的效能提升，且隨著資料數量級增長。
 
(2). 缺點
索引的建立和維護存在消耗，索引會佔用物理空間，且隨著資料量的增加而增加。
在對資料庫進行增刪改時需要維護索引，所以會對增刪改的效能存在影響。

(3). 分類

a. 直接建立索引和間接建立索引
直接建立: 使用sql語句建立，Android中可以在SQLiteOpenHelper的onCreate或是onUpgrade中直接excuSql建立語句，語句如:

[java] view plaincopy
  1. CREATE INDEX mycolumn_index ON mytable (myclumn)  
間接建立: 定義主鍵約束或者唯一性鍵約束，可以間接建立索引，主鍵預設為唯一索引。
 
b. 普通索引和唯一性索引
普通索引：
[java] view plaincopy
  1. CREATE INDEX mycolumn_index ON mytable (myclumn)  
唯一性索引：保證在索引列中的全部資料是唯一的，對聚簇索引和非聚簇索引都可以使用，語句為
[java] view plaincopy
  1. CREATE UNIQUE COUSTERED INDEX myclumn_cindex ON mytable(mycolumn)  
 
c. 單個索引和複合索引
單個索引：索引建立語句中僅包含單個欄位，如上面的普通索引和唯一性索引建立示例。
複合索引：又叫組合索引，在索引建立語句中同時包含多個欄位，語句如：
[java] view plaincopy
  1. CREATE INDEX name_index ON username(firstname, lastname)  
其中firstname為前導列。
 
d. 聚簇索引和非聚簇索引(聚集索引，群集索引)
聚簇索引：物理索引，與基表的物理順序相同，資料值的順序總是按照順序排列，語句為：
[java] view plaincopy
  1. CREATE CLUSTERED INDEX mycolumn_cindex ON mytable(mycolumn) WITH ALLOW_DUP_ROW  
其中WITH ALLOW_DUP_ROW表示允許有重複記錄的聚簇索引
非聚簇索引：
[java] view plaincopy
  1. CREATE UNCLUSTERED INDEX mycolumn_cindex ON mytable(mycolumn)  
索引預設為非聚簇索引

(4). 使用場景
在上面講到了優缺點，那麼肯定會對何時使用索引既有點明白又有點糊塗吧，那麼下面總結下：
a.  當某欄位資料更新頻率較低，查詢頻率較高，經常有範圍查詢(>, <, =, >=, <=)或order by、group by發生時建議使用索引。並且選擇度越大，建索引越有優勢，這裡選擇度指一個欄位中唯一值的數量/總的數量。
b.  經常同時存取多列，且每列都含有重複值可考慮建立複合索引
 
(5). 索引使用規則
a.  對於複合索引，把使用最頻繁的列做為前導列(索引中第一個欄位)。如果查詢時前導列不在查詢條件中則該複合索引不會被使用。
如create unique index PK_GRADE_CLASS on student (grade, class)
select * from student where class = 2未使用到索引
select * from dept where grade = 3使用到了索引
 
b.  避免對索引列進行計算，對where子句列的任何計算如果不能被編譯優化，都會導致查詢時索引失效
select * from student where tochar(grade)=’2′
c.  比較值避免使用NULL
d.  多表查詢時要注意是選擇合適的表做為內表。連線條件要充份考慮帶有索引的表、行數多的表，內外表的選擇可由公式：外層表中的匹配行數*內層表中每一次查詢的次數確定，乘積最小為最佳方案。實際多表操作在被實際執行前，查詢優化器會根據連線條件，列出幾組可能的連線方案並從中找出系統開銷最小的最佳方案。
 e.  查詢列與索引列次序一致
f.  用多表連線代替EXISTS子句
g.  把過濾記錄數最多的條件放在最前面
h.  善於使用儲存過程，它使sql變得更加靈活和高效(Sqlite不支援儲存過程::>_<:: )
 
(6)索引檢驗
建立了索引，對於某條sql語句是否使用到了索引可以通過執行計劃檢視是否用到了索引。

使用事務

使用事務的兩大好處是原子提交和更優效能。
(1) 原子提交
原則提交意味著同一事務內的所有修改要麼都完成要麼都不做，如果某個修改失敗，會自動回滾使得所有修改不生效。
 
(2) 更優效能
Sqlite預設會為每個插入、更新操作建立一個事務，並且在每次插入、更新後立即提交。
這樣如果連續插入100次資料實際是建立事務->執行語句->提交這個過程被重複執行了100次。如果我們顯示的建立事務->執行100條語句->提交會使得這個建立事務和提交這個過程只做一次，通過這種一次性事務可以使得效能大幅提升。尤其當資料庫位於sd卡時，時間上能節省兩個數量級左右。
Sqlte顯示使用事務，示例程式碼如下：

[java] view plaincopy
  1. public void insertWithOneTransaction() {  
  2.     SQLiteDatabase db = sqliteOpenHelper.getWritableDatabase();  
  3.     // Begins a transaction  
  4.     db.beginTransaction();  
  5.     try {  
  6.         // your sqls  
  7.         for (int i = 0; i < 100; i++) {  
  8.             db.insert(yourTableName, null, value);  
  9.         }  
  10.    
  11.         // marks the current transaction as successful  
  12.         db.setTransactionSuccessful();  
  13.     } catch (Exception e) {  
  14.         // process it  
  15.         e.printStackTrace();  
  16.     } finally {  
  17.         // end a transaction  
  18.         db.endTransaction();  
  19.     }  
  20. }  
其中sqliteOpenHelper.getWritableDatabase()表示得到寫表許可權。
其他優化

(1) 語句的拼接使用StringBuilder代替String
這個就不多說了，簡單的string相加會導致建立多個臨時物件消耗效能。StringBuilder的空間預分配效能好得多。如果你對字串的長度有大致瞭解，如100字元左右，可以直接new StringBuilder(128)指定初始大小，減少空間不夠時的再次分配。
 
(2) 讀寫表
在寫表時呼叫sqliteOpenHelper..getWritableDatabase()，在讀表時候呼叫sqliteOpenHelper..getReadableDatabase()，getReadableDatabase效能更優。
 
(3) 查詢時返回更少的結果集及更少的欄位。
查詢時只取需要的欄位和結果集，更多的結果集會消耗更多的時間及記憶體，更多的欄位會導致更多的記憶體消耗。
 
(4) 少用cursor.getColumnIndex
根據效能調優過程中的觀察cursor.getColumnIndex的時間消耗跟cursor.getInt相差無幾。可以在建表的時候用static變數記住某列的index，直接呼叫相應index而不是每次查詢。


[java] view plaincopy
  1. public static final String       HTTP_RESPONSE_TABLE_ID                  = android.provider.BaseColumns._ID;  
  2. public static final String       HTTP_RESPONSE_TABLE_RESPONSE            = "response";  
  3. public List<Object> getData() {  
  4.     ……  
  5.     cursor.getString(cursor.getColumnIndex(HTTP_RESPONSE_TABLE_RESPONSE));  
  6.     ……  
  7. }  
  8. 優化為  
  9. public static final String       HTTP_RESPONSE_TABLE_ID                  = android.provider.BaseColumns._ID;  
  10. public static final String       HTTP_RESPONSE_TABLE_RESPONSE            = "response";  
  11. public static final int          HTTP_RESPONSE_TABLE_ID_INDEX            = 0;  
  12. public static final int          HTTP_RESPONSE_TABLE_URL_INDEX           = 1;  
  13. public List<Object> getData() {  
  14.     ……  
  15.     cursor.getString(HTTP_RESPONSE_TABLE_RESPONSE_INDEX);  
  16.     ……  
  17. }  
非同步執行緒

Sqlite是常用於嵌入式開發中的關係型資料庫，完全開源。
與Web常用的資料庫Mysql、Oracle db、sql server不同，Sqlite是一個內嵌式的資料庫，資料庫伺服器就在你的程式中，無需網路配置和管理，資料庫伺服器端和客戶端執行在同一程式內，減少了網路訪問的消耗，簡化了資料庫管理。不過Sqlite在併發、資料庫大小、網路方面存在侷限性，並且為表級鎖，所以也沒必要多執行緒操作。
 
Android中資料不多時表查詢可能耗時不多，不會導致anr，不過大於100ms時同樣會讓使用者感覺到延時和卡頓，可以放線上程中執行，但sqlite在併發方面存在侷限，多執行緒控制較麻煩，這時候可使用單執行緒池，在任務中執行db操作，通過handler返回結果和ui執行緒互動，既不會影響UI執行緒，同時也能防止併發帶來的異常。例項程式碼如下：

[java] view plaincopy
  1. ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();  
  2. singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {  
  3.    
  4.     @Override  
  5.     public void run() {  
  6.         // db operetions, u can use handler to send message after  
  7.         db.insert(yourTableName, null, value);  
  8.         handler.sendEmptyMessage(xx);  
  9.     }  
  10. }); 

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