如何編寫更好的SQL查詢：終極指南-第二部分

dbasdk發表於2017-11-24
SQL

上一篇文章中，我們學習了 SQL 查詢是如何執行的以及在編寫 SQL 查詢語句時需要注意的地方。

下面，我進一步學習查詢方法以及查詢優化。

 

基於集合和程式的方法進行查詢

反向模型中隱含的事實是，建立查詢時基於集合和程式的方法之間存在著不同。

  • 查詢的程式方法是一種非常類似於程式設計的方法：你告訴系統需要做些什麼以及如何做。例如上一篇文章中的示例，通過執行一個函式然後呼叫另一個函式來查詢資料庫，或者使用包含迴圈、條件和使用者定義函式（UDF）的邏輯方式來獲得最終查詢結果。你會發現通過這種方式，一直在請求一層一層中資料的子集。這種方法也經常被稱為逐步或逐行查詢。
  • 另一種是基於集合的方法，只需指定需要執行的操作。使用這種方法要做的事情就是，指定你想通過查詢獲得的結果的條件和要求。在檢索資料過程中，你不需要關注實現查詢的內部機制：資料庫引擎會決定最佳的執行查詢的演算法和邏輯。

由於 SQL 是基於集合的，所以這種方法比起程式方法更加有效，這也解釋了為什麼在某些情況下，SQL 可以比程式碼工作地更快。

基於集合的查詢方法也是資料探勘分析行業要求你必須掌握的技能！因為你需要熟練的在這兩種方法之間進行切換。如果你發現自己的查詢中存在程式查詢，則應該考慮是否需要重寫這部分。

 

從查詢到執行計劃 

反向模式不是靜止不變的。在你成為 SQL 開發者的過程中，避免查詢反向模型和重寫查詢可能會是一個很艱難的任務。所以時常需要使用工具以一種更加結構化的方法來優化你的查詢。

對效能的思考不僅需要更結構化的方法，還需要更深入的方法。

然而，這種結構化和深入的方法主要是基於查詢計劃的。查詢計劃首先被解析為“解析樹”並且準確定義了每個操作使用什麼演算法以及如何協調操作過程。

 

查詢優化

在優化查詢時，很可能需要手動檢查優化器生成的計劃。在這種情況下，將需要通過檢視查詢計劃來再次分析你的查詢。

要掌握這樣的查詢計劃，你需要使用一些資料庫管理系統提供給你的工具。你可以使用以下的一些工具：

  • 一些軟體包功能工具可以生成查詢計劃的圖形表示。
  • 其它工具能夠為你提供查詢計劃的文字描述。

請注意，如果你正在使用 PostgreSQL，則可以區分不同的 EXPLAIN，你只需獲取描述，說明 planner 如何在不執行計劃的情況下執行查詢。同時 EXPLAIN ANALYZE 會執行查詢，並返回給你一個評估查詢計劃與實際查詢計劃的分析報告。一般來說，實際執行計劃會切實的執行這個計劃，而評估執行計劃可以在不執行查詢的情況下，解決這個問題。在邏輯上，實際執行計劃更為有用，因為它包含了執行查詢時，實際發生的其它細節和統計資訊。

接下來你將瞭解 XPLAIN 和 ANALYZE 的更多資訊，以及如何使用這兩個命令來進一步瞭解你的查詢計劃和查詢效能。要做到這一點，你需要開始使用兩個表： one_million 和 half_million 來做一些示例。

你可以藉助 EXPLAIN 來檢索 one_million 表的當前資訊：確保已將其放在執行查詢的首要位置，在執行完成之後，會返回到查詢計劃中： 

EXPLAIN SELECT *
FROM one_million;
QUERY PLAN
_________________________________________________
Seq Scan on one_million
(cost=0.00..18584.82 rows=1025082 width=36)
(1 row)

在以上示例中，我們看到查詢的 Cost 是0.00..18584.82 ，行數是1025082，列寬是36。

同時，也可以藉助 ANALYZE 來更新統計資訊  。 

ANALYZE one_million;
EXPLAIN SELECT *
FROM one_million;
QUERY PLAN 
_________________________________________________
Seq Scan on one_million
(cost=0.00..18334.00 rows=1000000 width=37)
(1 row)

除了 EXPLAIN 和 ANALYZE，你也可以藉助 EXPLAIN ANALYZE 來檢索實際執行時間： 

EXPLAIN ANALYZE SELECT *
FROM one_million;
QUERY PLAN
 ___________________________________________________
Seq Scan on one_million
(cost=0.00..18334.00 rows=1000000 width=37)
(actual time=0.015..1207.019 rows=1000000 loops=1)
Total runtime: 2320.146 ms
(2 rows)

使用 EXPLAIN ANALYZE 的缺點就是需要實際執行查詢，這點值得注意！

到目前為止，我們看到的所有演算法是順序掃描或全表掃描：這是一種在資料庫上進行掃描的方法，掃描的表的每一行都是以順序（序列）的順序進行讀取，每一列都會檢查是否符合條件。在效能方面，順序掃描不是最佳的執行計劃，因為需要掃描整個表。但是如果使用慢磁碟，順序讀取也會很快。

還有一些其它演算法的示例： 

EXPLAIN ANALYZE SELECT *
FROM one_million JOIN half_million ON (one_million.counter=half_million.counter);
QUERY PLAN 
_____________________________________________________________
Hash Join (cost=15417.00..68831.00 rows=500000 width=42)
(actual time=1241.471..5912.553 rows=500000 loops=1)
Hash Cond: (one_million.counter = half_million.counter)
 -> Seq Scan on one_million
    (cost=0.00..18334.00 rows=1000000 width=37)
    (actual time=0.007..1254.027 rows=1000000 loops=1) 
-> Hash (cost=7213.00..7213.00 rows=500000 width=5)
    (actual time=1241.251..1241.251 rows=500000 loops=1)
    Buckets: 4096 Batches: 16 Memory Usage: 770kB 
-> Seq Scan on half_million
    (cost=0.00..7213.00 rows=500000 width=5)
(actual time=0.008..601.128 rows=500000 loops=1)
Total runtime: 6468.337 ms

我們可以看到查詢優化器選擇了 Hash Join。請記住這個操作，因為我們需要使用這個來評估查詢的時間複雜度。我們注意到了上面示例中沒有 half_million.counter 索引，我們可以在下面示例中新增索引  ： 

CREATE INDEX ON half_million(counter);
EXPLAIN ANALYZE SELECT *
FROM one_million JOIN half_million ON (one_million.counter=half_million.counter);
QUERY PLAN ______________________________________________________________
Merge Join (cost=4.12..37650.65 rows=500000 width=42)
(actual time=0.033..3272.940 rows=500000 loops=1)
Merge Cond: (one_million.counter = half_million.counter) 
-> Index Scan using one_million_counter_idx on one_million
    (cost=0.00..32129.34 rows=1000000 width=37)
    (actual time=0.011..694.466 rows=500001 loops=1) 
-> Index Scan using half_million_counter_idx on half_million
    (cost=0.00..14120.29 rows=500000 width=5)
(actual time=0.010..683.674 rows=500000 loops=1)
Total runtime: 3833.310 ms
(5 rows)

通過建立索引，查詢優化器已經決定了索引掃描時，如何查詢 Merge join。

請注意，索引掃描和全表掃描（順序掃描）之間的區別：後者（也稱為“表掃描”）是通過掃描所有資料或索引所有頁面來查詢到適合的結果，而前者只掃描表中的每一行。

教程的第二部分內容，就介紹到這裡。後續還會有《如何編寫更好的SQL查詢》系列的最後一篇文章，敬請期待。

原文連結：http://www.kdnuggets.com/2017/08/write-better-sql-queries-definitive-guide-part-2.html

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