Oracle/DB2/MySQL数据库中Prepare处理机制

数据库应用中，SQL执行效率是决定系统整体性能的关键瓶颈之一。应用程序与数据库的交互通常涉及大量重复或结构相似的SQL查询。为了应对这一挑战，Prepared Statement（预编译语句）机制应运而生。本文简要介绍数据库中SQL执行流程，然后Oracle、DB2和MySQL传统数据库的Prepare处理机制以及参数控制。

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1、数据库中SQL执行过程

数据库中SQL语句的执行通常会经历SQL语句解析、SQL语句优化并生成执行计划、SQL语句执行这三个阶段。以查询语句为例，SQL语句在数据库中依次进行以下环节：

• 查询解析：对输入的查询语句进行解析，把查询语句从文本方式翻译为执行引擎可以识别的语句。通常包括词法分析、语法分析和语义分析等阶段。
• 查询优化：对查询进行基于规则的逻辑优化RBO和基于代价的物理优化CBO，并生成对应的执行计划；
• 查询执行：基于生成的执行计划执行SQL语句
• 数据读取：读取数据库中的数据并返回给客户端

上述的SQL解析，是将SQL文本转换为数据库内核能够进行逻辑运算的翻译过程，SQL解析过程主要包括以下几个阶段：

• 词法解析：将SQL语句拆解为单词序列，并识别出关键字、标识、常量等；
• 语法解析：分析器对词法解析出来的单词序列检查语法上是否满足SQL语法规则，通常识别出语法错误问题；
• 语义分析：在语法正确的基础之上进行上下文有关性质的审查，完成表名、操作符、类型等元素的合法性判断，同时检测语义上的二义性问题。

从上述过程中也能看到，如果进入数据库的每一条语句都经历SQL语法语义解析和生成执行计划，也会影响到SQL的执行效率，因此引入了Prepare的机制。

1.1 数据库中的Prepare过程

SQL语句的Prepare操作是优化和提高数据库执行效率的重要步骤，核心是将SQL语句的解析与执行分离，从而提升复杂查询语句、大量重复执行的SQL语句的性能。Prepare 操作是指数据库在执行SQL语句之前，先对语句进行预处理，将其转换为数据库内部的一种中间形式。这一步骤通常包括以下几个子过程：

1. 语法解析：验证SQL语句的语法是否正确。例如，检查是否有拼写错误或缺失的关键字。
2. 语义解析：检查SQL语句中涉及的表、字段是否存在，以及用户是否有执行这些操作的权限。
3. 查询优化：数据库会为给定的SQL语句生成一个最优的执行计划，确定如何读取数据、更有效地处理WHERE条件等。
4. 生成执行计划：优化器根据数据统计信息、索引等因素，为该SQL模板生成一个或多个最优的执行计划。

预编译完成后，数据库会返回一个句柄（stmtid）。应用程序后续可以通过这个句柄，仅发送变化的参数（绑定变量）来多次执行该SQL，从而跳过上述耗时的解析和优化步骤，极大地提升了执行效率。

在数据库中使用Prepare预编译有什么好处？除了提升性能以外，还可以提高安全性。对于重复执行的SQL语句，Prepare能够避免每次重新解析和优化的开销，也可以减少网络交互提升性能，对于高并发低时延系统尤为重要。同时，使用 prepare 操作能够自动对输入参数进行转义，防止恶意用户通过输入构造SQL注入攻击。

1.2 数据库中的执行计划缓存

执行计划缓存是在Prepare预编译及SQL重用场景之上设计的，当一个SQL语句经过硬解析（Hard Parse）生成执行计划后，该计划会被存入一个特定的内存区域，即执行计划缓存。