數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)優(yōu)原理及方法

陳　華

[摘要]數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為現(xiàn)在商業(yè)應(yīng)用中極為廣泛的一種應(yīng)用，其建立和使用過程中是否將有限的資源最優(yōu)的利用，關(guān)系到用戶的滿意程度和企業(yè)的成本控制。數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)優(yōu)可以使數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用運(yùn)行得更快，有更高得吞吐量和更短的響應(yīng)時(shí)間。介紹數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)化的原理，接著討論幾種數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)優(yōu)的方法。

[關(guān)鍵詞]數(shù)據(jù)庫(kù)性能優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-7597(2009)0610080-01

一、數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)優(yōu)的基本原則

(一)如何分配服務(wù)器端與客戶端的合理需求。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)非常密集，要從這樣的系統(tǒng)中獲得令人滿意的性能，不僅僅要對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理部分進(jìn)行調(diào)優(yōu)，考慮如何在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(服務(wù)器)和應(yīng)用程序(客戶端)之間分配工作也是非常重要的。

首先是考慮客戶與服務(wù)器的相關(guān)計(jì)算資源是否充足。特別是在很多情況下，服務(wù)器都會(huì)過載，而其他部分都正常的工作，這時(shí)候部分的任務(wù)就應(yīng)該遷移到客戶端去。其次是相關(guān)信息的獲取，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)生變化的時(shí)候系統(tǒng)應(yīng)該有些響應(yīng)。那么在應(yīng)用程序中進(jìn)行的輪詢就應(yīng)該由內(nèi)部的觸發(fā)器代替。因?yàn)檩喸兊霓k法會(huì)定期地查看表是不是有變化，而觸發(fā)器僅僅在發(fā)生變化時(shí)被激發(fā)，因此開銷就要小得多。而數(shù)據(jù)庫(kù)任務(wù)和其他任務(wù)是不是交互也很重要，如果存在交互，那么訪問屏幕的那部分應(yīng)該放在事務(wù)之外執(zhí)行，原因是屏幕交互會(huì)占用大量時(shí)間。如果某個(gè)事務(wù)持有時(shí)間片，那么它會(huì)阻止其他事務(wù)訪問它所持有的數(shù)據(jù)。

(二)減少啟動(dòng)次數(shù)獲取性能優(yōu)化。數(shù)據(jù)庫(kù)所耗費(fèi)的大量資源是用來啟動(dòng)的。比如，在磁盤上開始一個(gè)讀操作是很耗時(shí)的，但是一旦開始，磁盤就能告訴地傳輸數(shù)據(jù)。每當(dāng)某個(gè)重要的查詢從包含成千上萬列的表中只查取少數(shù)幾列時(shí)，垂直劃分是個(gè)很好的策略。再比如，對(duì)查詢，即使是簡(jiǎn)單查詢而言，解析、進(jìn)行語(yǔ)義分析、選擇存取路徑的系統(tǒng)成本也是驚人的，一般都超過10000條指令，這就要求應(yīng)該事先編譯經(jīng)常執(zhí)行的查詢。總之，要用盡可能少的啟動(dòng)次數(shù)來獲取最好的性能。

(三)解決系統(tǒng)瓶頸問題。大多數(shù)情況下，系統(tǒng)運(yùn)行緩慢不是由于所有部件都飽和引起的，而是由于系統(tǒng)中的某個(gè)部分限制了整體的性能，這些部分稱為瓶頸。解決的策略首先局部調(diào)整(例如采用增加索引或者重寫查詢的方法，以便更好地利用現(xiàn)有索引)，應(yīng)該首先考慮。第二個(gè)策略是進(jìn)行劃分。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的劃分將負(fù)載分散到更多的資源上執(zhí)行，或者在時(shí)間上并行分配，從而減少某個(gè)部件上的負(fù)載量。在很多情況下劃分的確能解決瓶頸問題。事實(shí)上，劃分是在加速瓶頸所在部件無效的情況下才進(jìn)行的。

二、數(shù)據(jù)庫(kù)的分類調(diào)優(yōu)

(一)事務(wù)處理過程的調(diào)優(yōu)。事務(wù)是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序便于處理的事件部分。一般來說，開發(fā)者將事務(wù)處理方式看做原子的沒一個(gè)事務(wù)都會(huì)本隔離的執(zhí)行沒有任何并發(fā)動(dòng)作。但遺憾的是，應(yīng)用程序中的事物序列本質(zhì)上是一個(gè)整體，上面提到的原子性保證是不存在的。和設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)時(shí)常常遇到的問題一樣，在一個(gè)應(yīng)用程序執(zhí)行的兩個(gè)事務(wù)之間，可能會(huì)有另外一個(gè)應(yīng)用程序的事務(wù)執(zhí)行，而且后者很可能修改可前者兩個(gè)事務(wù)需要訪問的數(shù)據(jù)項(xiàng)。從這里可以看出，事務(wù)短一點(diǎn)會(huì)更容易避免這樣的情況。那么是不是就把事物切分成盡量小的粒度以提高執(zhí)行效率呢?從上面來看是的，但遺憾的是，這樣做會(huì)破壞執(zhí)行的正確性。這種性能和正確性之間的矛盾充斥著和并發(fā)控制有關(guān)的調(diào)優(yōu)過程。在這種情況下，在考慮事務(wù)的性能的時(shí)候有幾點(diǎn)調(diào)優(yōu)選項(xiàng)如下：

1、事務(wù)使用的鎖的個(gè)數(shù)和性能成反比；2、讀鎖是對(duì)性能最有利的鎖：3、事務(wù)持有鎖的時(shí)間越短，性能越好。

(二)索引調(diào)優(yōu)泛談。索引是建立在表上的一種數(shù)據(jù)組織，它能提高訪問表中一條或者多條記錄的特定查詢效率。因此，適當(dāng)?shù)乃饕{(diào)優(yōu)是很重要的，未經(jīng)調(diào)優(yōu)的索引可能導(dǎo)致很多不良后果，比如：建立一個(gè)索引卻從不使用，僅僅付出維護(hù)的代價(jià)；為了返回單一的記錄而掃描多個(gè)文件；由于存在錯(cuò)誤的索引，導(dǎo)致多表的連接操作持續(xù)幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。

索引對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的性能影響：1、表掃描需要訪問大量數(shù)據(jù)頁(yè)，而索引可以避免表掃描，從而使每次查詢只需訪問索引頁(yè)和少量的數(shù)據(jù)頁(yè)即可；2、對(duì)于某些查詢，數(shù)據(jù)可以從索引中獲得，而無需訪問數(shù)據(jù)庫(kù)(索引覆蓋)：3、由于聚簇索引的插入是在數(shù)據(jù)頁(yè)上分布進(jìn)行的，因而避免了將表的最后一頁(yè)作為“熱點(diǎn)”進(jìn)行大量的插入操作(Sybase)：4、如果索引的順序與order by子句的順序相同，則通過索引查詢可以避免排序的過程；5、索引(唯一索引)還可以使表中的數(shù)據(jù)唯一；6、索引在加快查詢數(shù)據(jù)速度的同時(shí)，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)更新時(shí)還要更新索引，因而會(huì)減慢數(shù)據(jù)更新速度。

(三)關(guān)系系統(tǒng)調(diào)優(yōu)。現(xiàn)在市面上的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)幾乎都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，由于關(guān)系系統(tǒng)所覆蓋的應(yīng)用領(lǐng)域不同，如果想使關(guān)系系統(tǒng)高效執(zhí)行，就必須具體仔細(xì)的分析特定的應(yīng)用。

1、表的設(shè)計(jì)及其規(guī)范化。應(yīng)用設(shè)計(jì)的開始步驟之一就是表的設(shè)計(jì)，表是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的載體，運(yùn)行以后對(duì)表的修改牽涉很多，所以在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該做好規(guī)范化工作。

一個(gè)關(guān)系模式結(jié)這分解可以得到不同關(guān)系模式集合，也就是說分解方法不是唯一的。最小冗余的要求必須以分解后的數(shù)據(jù)庫(kù)能夠表達(dá)原來數(shù)據(jù)庫(kù)所有信息為前提來實(shí)現(xiàn)。其根本目標(biāo)是節(jié)省存儲(chǔ)空間，避免數(shù)據(jù)不一致性，提高對(duì)關(guān)系的操作效率，同時(shí)滿足應(yīng)用需求。實(shí)際上，并不一定要求全部模式都達(dá)到BCNF不可。有時(shí)故意保留部分冗余可能更方便數(shù)據(jù)查詢。尤其對(duì)于那些更新頻度不高，查詢頻度極高的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)更是如此。

規(guī)范化固然重要，但是，雖然非規(guī)范化的關(guān)系存在很多的缺點(diǎn)，但是為了性能，有時(shí)卻不得不按照逆規(guī)范化的思想來設(shè)計(jì)關(guān)系模式。這主要出現(xiàn)在某些特定的查詢。一般來說，對(duì)于經(jīng)常更新的關(guān)系，逆規(guī)范化會(huì)降低性能。但是在低更新率的情況下，逆規(guī)范化可能會(huì)提高性能。因此，一些應(yīng)用采用逆規(guī)范化方法設(shè)計(jì)檔案數(shù)據(jù)的模式，而使用規(guī)范化方法設(shè)計(jì)在線數(shù)據(jù)的模式。

2、查詢調(diào)優(yōu)。查詢是數(shù)據(jù)庫(kù)使用者進(jìn)行的主要操作之一。在這方面，最初的調(diào)優(yōu)方法是試用那些沒有壞的影響的方法。大部分的變化，比如增加索引、改變模式或者修改事務(wù)的長(zhǎng)度都對(duì)全局有影響，有時(shí)是有害的負(fù)面影響。而重寫查詢使之以更高的速度運(yùn)行則只有有利的影響。

三、結(jié)語(yǔ)

數(shù)據(jù)庫(kù)性能調(diào)優(yōu)是知識(shí)密集型的學(xué)科，需要綜合考慮各種復(fù)雜的因素。性能是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的永恒話題，也是衡量一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)成功與否的重要指標(biāo)。但是，想讓數(shù)據(jù)庫(kù)達(dá)到最優(yōu)性能從來就不是一件簡(jiǎn)單的任務(wù)，需要涉及很多方面的知識(shí)。如何讓數(shù)據(jù)庫(kù)性能更加優(yōu)越，還有待我們?cè)谝院蟮膽?yīng)用中不斷完善。