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面试必备:MySQL数据库性能提升策略,揭秘优化技巧

数据库性能提升策略有哪些
1、优化数据结构设计
这部分工作在开发信息系统之初完成,开发者需考虑是否启用ORACLE数据库的分区特性,以及对于频繁访问的数据库表是否需要创建索引等。
2、优化应用程序架构设计
这部分同样在信息系统开发初期完成,开发者需考虑应用程序采用的架构类型,是采用传统的Client/Server两层架构,还是Browser/Web/Database的三层架构。不同的架构对数据库资源的需求各不相同。
3、优化数据库SQL语句
应用程序的执行最终归结为数据库中的SQL语句执行,因此SQL语句的执行效率直接决定了ORACLE数据库的性能。ORACLE公司建议使用ORACLE语句优化器(OracleOptimizer)和行锁管理器(row-levelmanager)来优化SQL语句。
4、优化服务器内存分配
内存分配是在信息系统运行过程中进行优化的,数据库管理员可根据数据库运行状况调整数据库系统全局区(SGA区)的数据缓冲区、日志缓冲区和共享池的大小;同时也可调整程序全局区(PGA区)的大小。需要注意的是,SGA区并非越大越好,SGA区过大可能会占用操作系统内存,导致虚拟内存页面交换,反而降低系统性能。
5、优化硬盘I/O
这一步骤在信息系统开发初期完成。数据库管理员可将构成同一表空间的数据文件放置在不同的硬盘上,实现硬盘间的I/O负载均衡。
6、优化操作系统参数
例如:运行在UNIX操作系统上的ORACLE数据库,可以调整UNIX数据缓冲池的大小,每个进程可使用的内存大小等参数。
实际上,上述数据库优化策略之间相互关联。ORACLE数据库性能下降的主要原因通常是用户响应时间长,需要用户长时间等待。但性能下降的原因多种多样,有时是多个因素共同作用的结果,这就需要数据库管理员具备全面的计算机知识,能够敏锐地察觉到影响数据库性能的主要因素。此外,良好的数据库管理工具对于优化数据库性能也至关重要。

一、ORACLE数据库性能优化工具
常用的数据库性能优化工具有:
ORACLE数据库在线数据字典,ORACLE在线数据字典能够反映出ORACLE动态运行情况,对于调整数据库性能大有裨益。
操作系统工具,例如UNIX操作系统的vmstat,iostat等命令可以查看系统级内存和硬盘I/O的使用情况,这些工具对于管理员找出系统瓶颈所在非常有用。
SQL语言跟踪工具(SQLTRACEFACILITY),SQL语言跟踪工具可以记录SQL语句的执行情况,管理员可以使用虚拟表来调整实例,使用SQL语句跟踪文件调整应用程序性能。SQL语言跟踪工具将结果输出成一个操作系统的文件,管理员可以使用TKPROF工具查看这些文件。
ORACLEEnterpriseManager(OEM),这是一个图形的用户管理界面,用户可以使用它方便地进行数据库管理而不必记住复杂的ORACLE数据库管理的命令。
EXPLAINPLAN——SQL语言优化命令,使用这个命令可以帮助程序员写出高效的SQL语言。

二、ORACLE数据库的系统性能评估
信息系统的类型不同,关注的数据库参数也有所不同。数据库管理员需根据信息系统的类型,着重考虑不同的数据库参数。
1、在线事务处理信息系统(OLTP),这类信息系统通常需要进行大量的Insert、Update操作,如民航机票发售系统、银行储蓄系统等。OLTP系统需要保证数据库的并发性、可靠性和最终用户的速度,这类系统使用的ORACLE数据库需要主要考虑以下参数:
数据库回滚段是否足够?
是否需要建立ORACLE数据库索引、聚集、散列?
系统全局区(SGA)大小是否足够?
SQL语句是否高效?
2、数据仓库系统(DataWarehousing),这类信息系统的主要任务是从ORACLE的海量数据中进行查询,得到数据之间的某些规律。数据库管理员需为这种类型的ORACLE数据库着重考虑以下参数:
是否采用B*-索引或者bitmap索引?
是否采用并行SQL查询以提高查询效率?
是否采用PL/SQL函数编写存储过程?
如有必要,需要建立并行数据库提高数据库的查询效率。

三、SQL语句的调整原则
SQL语言是一种灵活的语言,相同的功能可以使用不同的语句来实现,但语句的执行效率却有很大差异。程序员可以使用EXPLAINPLAN语句来比较各种实现方案,并选择最优方案。总的来说,程序员编写SQL语句需要遵循以下规则:
1、尽量使用索引。比较以下两条SQL语句:
语句A:SELECTdname,deptnoFROMdeptWHEREdeptnoNOTIN
(SELECTdeptnoFROMemp);
语句B:SELECTdname,deptnoFROMdeptWHERENOTEXISTS
(SELECTdeptnoFROMempWHEREdept.deptno=emp.deptno);
这两条查询语句实现的结果相同,但执行语句A时,ORACLE会对整个emp表进行扫描,没有使用建立在emp表上的deptno索引;执行语句B时,由于在子查询中使用了联合查询,ORACLE只需对emp表的部分数据进行扫描,并利用了deptno列的索引,因此语句B的效率高于语句A。
2、选择联合查询的联合次序。考虑以下例子:
SELECTstuffFROMtabaa,tabbb,tabcc
WHEREa.acolbetween:alowand:ahigh
ANDb.bcolbetween:blowand:bhigh
ANDc.ccolbetween:clowand:chigh
ANDa.key1=b.key1
AMDa.key2=c.key2;
这个SQL例子中,程序员首先需要选择要查询的主表,因为主表需要进行整个表数据的扫描,所以主表的数据量应最小,因此例子中表A的acol列的范围应比表B和表C相应列的范围小。

这个SQL示例中,开发者起初需挑选目标主表,因主表需扫描整个表数据,故主表宜保持最小数据量,故示例中表A的acol列的取值范围应小于表B和表C相应列的取值范围。

3、在子查询中应谨慎运用IN或NOTIN语句,运用where(NOT)exists的效果更为理想。

4、应谨慎运用视图的联合查询,尤其是较为复杂的视图间的联合查询。通常,对视图的查询最好分解为对数据表的直接查询,这样效果更佳。

5、可在参数文件中设定SHARED_POOL_RESERVED_SIZE参数,此参数在SGA共享池中预留一段连续的内存空间,连续的内存空间有利于存放大型的SQL程序包。

6、ORACLE公司提供的DBMS_SHARED_POOL程序可辅助开发者将某些频繁调用的存储过程“锁定”在SQL区中,防止其被内存替换,对于频繁调用且占用大量内存的存储过程,将其“锁定”在内存中能有助于提升最终用户的响应速度。

四、CPU参数的调整
CPU是服务器的一项关键资源,服务器运行良好的状态是在高峰时段CPU使用率保持在90%以上。若空闲时CPU使用率已在90%以上,则表明服务器CPU资源不足;若高峰时段CPU使用率仍较低,则表明服务器CPU资源较为充足。

使用相同命令可查看CPU的使用情况,一般UNIX操作系统的服务器,可用sar_u命令查看CPU使用率,NT操作系统的服务器,可用NT的性能管理器查看CPU使用率。

数据库管理员可通过v$sysstat数据字典中的“CPUusedbythissession”统计项了解ORACLE数据库使用的CPU时间,通过“OSUserlevelCPUtime”统计项了解操作系统用户态下的CPU时间,通过“OSSystemcallCPUtime”统计项了解操作系统系统态下的CPU时间,操作系统总的CPU时间即为用户态和系统态时间之和。若ORACLE数据库使用的CPU时间占操作系统总CPU时间的90%以上,则表明服务器CPU基本被ORACLE数据库占用,这是合理的;反之,则表明服务器CPU被其他程序占用过多,ORACLE数据库无法获得更多CPU时间。

数据库管理员还可通过v$sesstat数据字典了解当前连接ORACLE数据库各个会话占用的CPU时间,从而得知哪些会话耗用服务器CPU较多。

CPU资源不足的情况较为常见:SQL语句的重解析、低效的SQL语句、锁冲突等都可能引起CPU资源不足。

1、数据库管理员可执行以下语句查看SQL语句的解析情况:
SELECT*FROMV$SYSSTATWHERENAMEIN
('parsetimecpu','parsetimeelapsed','parsecount(hard)');
其中parsetimecpu是系统服务时间,parsetimeelapsed是响应时间,用户等待时间,waitetime=parsetimeelapsed_parsetimecpu
由此可得用户SQL语句平均解析等待时间=waitetime/parsecount。这个平均等待时间应接近于0,若平均解析等待时间过长,数据库管理员可通过以下语句
SELECTSQL_TEXT,PARSE_CALLS,EXECUTIONSFROMV$SQLAREA
ORDERBYPARSE_CALLS;
来找出哪些SQL语句解析效率较低。程序员可优化这些语句,或增加ORACLE参数SESSION_CACHED_CURSORS的值。

2、数据库管理员还可通过以下语句:
SELECTBUFFER_GETS,EXECUTIONS,SQL_TEXTFROMV$SQLAREA;
查看低效的SQL语句,优化这些语句也有助于提高CPU的利用率。

3、数据库管理员可通过v$system_event数据字典中的“latchfree”统计项查看ORACLE数据库的冲突情况,若无冲突,则latchfree查询结果为空。若冲突较大,数据库管理员可降低spin_count参数值,以消除过高的CPU使用率。

五、内存参数的调整
内存参数的调整主要是指ORACLE数据库的系统全局区(SGA)的调整。SGA主要由三部分构成:共享池、数据缓冲区、日志缓冲区。

1、共享池由两部分构成:共享SQL区和数据字典缓冲区,共享SQL区是存放用户SQL命令的区域,数据字典缓冲区存放数据库运行的动态信息。数据库管理员通过执行以下语句:
select(sum(pins-reloads))/sum(pins)"LibCache"fromv$librarycache;
来查看共享SQL区的使用率。这个使用率应在90%以上,否则需要增加共享池的大小。数据库管理员还可执行以下语句:
select(sum(gets-getmisses-usage-fixed))/sum(gets)"RowCache"fromv$rowcache;
来查看数据字典缓冲区的使用率,这个使用率也应保持在90%以上,否则需要增加共享池的大小。

2、数据缓冲区。数据库管理员可通过以下语句:
SELECTname,valueFROMv$sysstatWHEREnameIN('dbblockgets','consistentgets','physicalreads');
来查看数据库数据缓冲区的使用情况。查询结果可计算出数据缓冲区的使用命中率=1-(physicalreads/(dbblockgets+consistentgets))。
这个命中率应在90%以上,否则需要增加数据缓冲区的大小。

3、日志缓冲区。数据库管理员可通过执行以下语句:
selectname,valuefromv$sysstatwherenamein('redoentries','redologspacerequests');
来查看日志缓冲区的使用情况。查询结果可计算出日志缓冲区的申请失败率:
申请失败率=requests/entries,申请失败率应接近于0,否则说明日志缓冲区设置过小,需要增加ORACLE数据库的日志缓冲区。

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如何优化触发器,避免数据库运行缓慢
SQL优化的原则是:将一次操作需要读取的BLOCK数降至最低,即在最短的时间内达到最大的数据吞吐量。

  1. SQL优化的准则为:将一次操作所需读取的BLOCK数降至最少,即以最短的时间实现最大数据吞吐量。
    调整不良SQL一般可从以下几方面入手:
    ?审视不良的SQL,思考其表述是否仍有优化空间
    ?审视子查询,考虑SQL子查询是否可转化为简单连接语句
    ?审视索引的使用是否得当
    ?思考数据库优化器的应用
  2. 避免使用SELECT* FROM table语句,应明确所需查询的字段。
  3. 在一个SQL语句中,如果一个WHERE条件能过滤出更多数据库记录,定位更精确,则该WHERE条件应尽量前置。
  4. 查询时尽量使用索引覆盖。即对SELECT的字段创建复合索引,这样查询时仅进行索引扫描,不读取数据块。
  5. 在判断是否存在符合条件的记录时,建议不使用SELECT COUNT(*)和select top 1语句。
  6. 采用内层限定原则,在编写SQL语句时,将查询条件分解、分类,并尽量在SQL语句的最内层进行限定,以减少数据处理量。
  7. 绝对避免在ORDER BY子句中使用表达式。
  8. 如果需要从关联表读取数据,关联的表一般不要超过7个。
  9. 谨慎使用IN和OR,注意IN集合中的数据量。建议集合中的数据不超过200个。
  10. 用<、>代替<>,用>=代替>,用<=代替<,这样可以更有效地利用索引。
  11. 在查询时尽量减少对多余数据的读取,包括多余的列与多余的行。
  12. 对于复合索引要注意,例如在建立复合索引时列的顺序是F1,F2,F3,则在WHERE或ORDER BY子句中这些字段出现的顺序要与建立索引时的字段顺序一致,且必须包含第一列。只能是F1或F1,F2或F1,F2,F3。否则不会用到该索引。
  13. 多表关联查询时,写法必须遵循以下原则,这样做有利于建立索引,提高查询效率。格式如下select sum(table1.je) from table1 table1, table2 table2, table3 table3 where(table1的等值条件(=)) and(table1的非等值条件) and(table2与table1的关联条件) and(table2的等值条件) and(table2的非等值条件) and(table3与table2的关联条件) and(table3的等值条件) and(table3的非等值条件)。
    注:关于多表查询时FROM后面表的出现顺序对效率的影响还有待研究。
  14. 子查询问题。对于能用连接方式或视图方式实现的功能,不要使用子查询。例如:select name from customer where customer_id in( select customer_id from order where money>1000)。应使用如下语句替代:select name from customer inner join order on customer.customer_id=order.customer_id where order.money>100。
  15. 在WHERE子句中,避免对列进行四则运算,特别是WHERE条件的左边,严禁使用运算与函数对列进行处理。比如有些地方substring可以用like代替。
  16. 如果在语句中有not in(in)操作,应考虑用not exists(exists)来重写,最好的办法是使用外连接实现。
  17. 对于一个业务过程的处理,应使事物的开始与结束之间的时间间隔越短越好,原则上做到数据库的读操作在前面完成,数据库写操作在后面完成,避免交叉。
  18. 请谨慎不要对过多的列使用列函数和ORDER BY、GROUP BY等,谨慎使用DISTINCT。
  19. 使用union all代替union,数据库执行union操作,首先分别执行union两端的查询,将其放在临时表中,然后在对其进行排序,过滤重复的记录。
    当已知的业务逻辑决定query A和query B中不会有重复记录时,应该使用union all代替union,以提高查询效率。
    数据更新的效率
  20. 在一个事物中,对同一个表的多个insert语句应集中在一起执行。
  21. 在一个业务过程中,尽量使insert、update、delete语句在业务结束前执行,以减少死锁的可能性。
    数据库物理规划的效率
    为了避免I/O冲突,我们在设计数据库物理规划时应该遵循以下几条基本的原则(以ORACLE为例):
    table和index分离:table和index应分别放在不同的tablespace中。
    Rollback Segment的分离:Rollback Segment应放在独立的Tablespace中。
    System Tablespace的分离:System Tablespace中不允许放置任何用户的object。(mssql中primary filegroup中不允许放置任何用户的object)
    Temp Tablespace的分离:建立单独的Temp Tablespace,并为每个user指定default Temp Tablespace
    避免碎片:但segment中出现大量的碎片时,会导致读数据时需要访问的block数量的增加。对经常发生DML操作的segemeng来说,碎片是不能完全避免的。所以,我们应该将经常做DML操作的表和很少发生变化的表分离在不同的Tablespace中。
    当我们遵循了以上原则后,仍然发现有I/O冲突存在,我们可以用数据分离的方法来解决。
    连接Table的分离:在实际应用中经常做连接查询的Table,可以将其分离在不同的Taclespace中,以减少I/O冲突。
    使用分区:对数据量很大的Table和Index使用分区,放在不同的Tablespace中。
    在实际的物理存储中,建议使用RAID。日志文件应放在单独的磁盘中。

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