表连接方式的分析与优化

连接是通过SQL语句中FROM从句的多个表名，以及WHERE从句里定义的表之间的连接条件来实现的。如果一个SQL语句的关联表超过两个:ORACLE首先连接其中的两个表，产生一个结果集；然后将产生的结果集与下一个表再进行关联；继续这个过程，直到所有的表都连接完成；最后产生所需的数据。

下面都以两个表的连接为例

create table user_info(user_name char(10),user_id char(10));

create table dev_info(dev_no char(10),user_id char(10),dev_type char(10));

说明和分析表的各种连接方式。

ORACLE 从6的版本开始，优化器使用4种不同的表的连接方式：

Ø  嵌套循环连接（NESTED LOOP JOIN）

Ø  群集连接     (CLUSTER JOIN)

Ø  排序合并连接（SORT MERGE JOIN）

Ø  笛卡尔连接   (CARTESIAN JOIN)

ORACLE 7.3中，新增加了

Ø  哈希连接(HASH JOIN)。

在ORACLE 8中，新增加了

Ø  索引连接(INDEX JOIN)。

这六种连接方式都有其独特的技术特点，在一定的条件下，可以充分发挥高效的性能；但是也都有其局限性，如果使用不当，不仅不能提高效率，反而会严重影响系统的性能。

1 嵌套循环连接

嵌套循环连接的内部处理的流程：

1） Oracle 优化器根据基于规则RBO或基于成本CBO的原则，选择两个表中的一个作为驱动表，并指定其为外部表。

2） Oracle 优化器再将另外一个表指定为内部表。

3） Oracle从外部表中读取第一行,然后和内部表中的数据逐一进行对比，所有匹配的记录放在结果集中。

4） Oracle读取外部表中的第二行，再和内部表中的数据逐一进行对比，所有匹配的记录添加到结果集中。

5） 重复上述步骤，直到外部表中的所有纪录全部处理完。

6） 最后产生满足要求的结果集。

通过查询SQL语句的执行计划可以看出哪个表是外部表，哪个为内部表。

如 :

SELECT A.USER_NAME, B.DEV_NO

  FROM USER_INFO A, DEV_INFO B

 WHERE A.USER_ID = B.USER_ID;

使用嵌套循环连接是一种从结果集中提取第一批记录最快速的方法;然而,如果内部行源表(读取的第二张表)已连接的列上不包含索引,或者索引不是高度可选时, 嵌套循环连接效率是很低的;如果驱动表的记录非常庞大时,其他的连接方法可能更加有效。

可以通过在SQL语句中添加HINTS,强制ORACLE优化器产生嵌套循环连接的执行计划。

SELECT /*+ use_nl(a b) */

 A.USER_NAME, B.DEV_NO

  FROM USER_INFO A, DEV_INFO B

 WHERE A.USER_ID = B.USER_ID;

2 群集连接（CLUSTER JOIN）

  群集连接实际上是嵌套循环连接的一种特例。如果所连接的两张源表是群集中的表，即两张表属于同一个段（SEGMENT）,，那么ORACLE能够使用群集连接。处理的过程是同嵌套循环连接。群集连接的效率极高，因为两个参加连接的行源表实际上处于同一个物理块上。但是，群集连接也有其限制，没有群集的两个表不可能用群集连接。所以，群集连接实际上很少使用。

3 排序合并连接（SORT MERGE JOIN）

排序合并连接内部处理的流程：

1)  优化器判断第一个源表是否已经排序，如果已经排序，则到第3步，否则

到第2步。

2)  第一个源表排序

3)  优化器判断第二个源表是否已经排序，如果已经排序，则到第5步，否则

到第4步。

4)  第二个源表排序

5)  已经排过序的两个源表进行合并操作，并生成最终的结果集。

在缺乏数据的选择性或者可用的索引时,或者两个源表都过于庞大(所选的数据超过表记录数的5%)时,排序合并连接将比嵌套循环连更加高效。

排序合并连接需要比较大的临时内存块,以用于排序，这将导致在临时表空间占用更多的内存和磁盘I/O。

SELECT A.USER_NAME, B.DEV_NO

  FROM USER_INFO A, DEV_INFO B

 WHERE A.USER_ID > B.USER_ID;

可以通过在SQL语句中添加HINTS,强制ORACLE优化器产生排序合并连接的执行计划。

SELECT /*+ use_merge(a b) */

 A.USER_NAME, B.DEV_NO

  FROM USER_INFO A, DEV_INFO B

 WHERE A.USER_ID > B.USER_ID;

   排序合并连接是基于RBO的。

4 笛卡尔连接   (CARTESIAN JOIN)

   笛卡尔连接是指在sql语句中没有写出表连接的条件，优化器把第一个表的每一条记录和第二个表的所有纪录相连接。如果第一个表的纪录数为m, 第二个表的纪录数为m,则会产生m*n条纪录数。

   下面的查询，未指名连接条件，就会产生笛卡尔连接。

   SELECT A.USER_NAME, B.DEV_NO FROM USER_INFO A, DEV_INFO B;

   由于笛卡尔连接会导致性能很差的SQL,因此一般也很少用到。

5 哈希连接

当内存能够提供足够的空间时,哈希(HASH)连接是Oracle优化器通常的选择。哈希连接中，优化器根据统计信息，首先选择两个表中的小表，在内存中建立这张表的基于连接键的哈希表；优化器再扫描表连接中的大表，将大表中的数据与哈希表进行比较，如果有相关联的数据，则将数据添加到结果集中。

    当表连接中的小表能够完全cache到可用内存的时候，哈希连接的效果最佳。哈希连接的成本只是两个表从硬盘读入到内存的成本。

    但是，如果哈希表过大而不能全部cache到可用内存时，优化器将会把哈希表分成多个分区，再将分区逐一cache到内存中。当表的分区超过了可用内存时，分区的部分数据就会临时地写到磁盘上的临时表空间上。因此，分区的数据写磁盘时，比较大的区间（EXTENT）会提高I/O性能。ORACLE推荐的临时表空间的区间是1MB。临时表空间的区间大小由UNIFORM SIZE指定。

当哈希表构建完成后，进行下面的处理：

1）  第二个大表进行扫描

2）  如果大表不能完全cache到可用内存的时候，大表同样会分成很多分区

3）  大表的第一个分区cache到内存

4）  对大表第一个分区的数据进行扫描，并与哈希表进行比较，如果有匹配的纪录，添加到结果集里面

5）  与第一个分区一样，其它的分区也类似处理。

6）  所有的分区处理完后，ORACLE对产生的结果集进行归并，汇总，产生最终的结果。

当哈希表过大或可用内存有限，哈希表不能完全CACHE到内存。随着满足连接条件的结果集的增加，可用内存会随之下降，这时已经CACHE到内存的数据可能会重新写回到硬盘去。如果出现这种情况，系统的性能就会下降。

    当连接的两个表是用等值连接并且表的数据量比较大时，优化器才可能采用哈希连接。哈希连接是基于CBO的。只有在数据库初始化参数HASH_JOIN_ENABLED设为True,并且为参数PGA_AGGREGATE_TARGET设置了一个足够大的值的时候,Oracle才会使用哈希表连接。HASH_AREA_SIZE是向下兼容的参数,但在Oracle9i之前的版本中应当使用HASH_AREA_SIZE。当使用ORDERED提示时,FROM子句中的第一张表将用于建立哈希表。

   SELECT A.USER_NAME, B.DEV_NO

  FROM USER_INFO A, DEV_INFO B

 WHERE A.USER_ID = B.USER_ID;

可以通过在SQL语句中添加HINTS,强制ORACLE优化器产生哈希连接的执行计划。

SELECT /*+ use_hash(a b)*/

 A.USER_NAME, B.DEV_NO

  FROM USER_INFO A, DEV_INFO B

 WHERE A.USER_ID = B.USER_ID;

当缺少有用的索引时，哈希连接比嵌套循环连接更加有效；哈希连接也可能比嵌套循环连接更快，因为处理内存中的哈希表比检索B_树索引更加迅速。

6 索引连接

如果一组已存在的索引包含了查询所需要的所有信息，那么优化器将在索引中有选择地生成一组哈希表。可通过范围或者快速全局扫描访问到每一个索引，而选择何种扫描方式取决于WHERE子句中的可有条件。在一张表有大量的列，而您只想访问有限的列时，这种方法非常有效。WHERE子句约束条件越多，执行速度越快。因为优化器在评估执行查询的优化路径时，将把约束条件作为选项看待。您必须在合适的列（那些满足整个查询的列）上建立索引，这样可以确保优化器将索引连接作为可选项之一。这个任务通常牵涉到在没有索引，或者以前没有建立联合索引的列上增加索引。相对于快速全局扫描，连接索引的优势在于：快速全局扫描只有一个单一索引满足整个查询;索引连接可以有多个索引满足整个查询。

假设表dev_info上有两个索（一个在dev_no,一个在dev_type 上）。

作如下的查询

SELECT DEV_NO, DEV_TYPE

  FROM DEV_INFO

 WHERE USER_ID = 'U101010'

   AND DEV_TYPE = '1010';

几种主要表连接的比较

类别	嵌套循环连接	排序合并连接	哈希连接
提示	USE_NL	USE_MERGE	USE_HASH
使用的条件	任何连接	主要用于不等价连接，如<、 <=、 >、 >=; 但是不包括 <>	仅用于等价连接
相关资源	CPU、磁盘I/O	内存、临时空间	内存、临时空间
特点	当有高选择性索引或进行限制性搜索时效率比较高，能够快速返回第一次的搜索结果。	当缺乏索引或者索引条件模糊时，排序合并连接比嵌套循环有效。	当缺乏索引或者索引条件模糊时，哈希连接连接比嵌套循环有效。通常比排序合并连接快。 在数据仓库环境下，如果表的纪录数多，效率高。
缺点	当索引丢失或者查询条件限制不够时，效率很低； 当表的纪录数多时，效率低。	所有的表都需要排序。它为最优化的吞吐量而设计，并且在结果没有全部找到前不返回数据。	为建立哈希表，需要大量内存。第一次的结果返回较慢。