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使用AST進(jìn)行SQL數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)優(yōu)化
在當(dāng)今的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)時(shí)代，SQL數(shù)據(jù)庫(kù)是幾乎每個(gè)應(yīng)用程序的核心。SQL數(shù)據(jù)庫(kù)提供快速的數(shù)據(jù)檢索，可以處理大量數(shù)據(jù)，并提供了可擴(kuò)展性和可靠性，但是，隨著數(shù)據(jù)量的增加，數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)性能可能會(huì)變得緩慢。這表明需要對(duì)SQL查詢(xún)進(jìn)行優(yōu)化，以提高響應(yīng)時(shí)間、減少查詢(xún)成本和更大限度地利用可用資源。在這種情況下，使用AST（Apache SystemML Trace）是一種強(qiáng)大的工具，在這篇文章中，我們將討論如何使用AST對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)進(jìn)行優(yōu)化。
什么是AST？
AST是一種高級(jí)優(yōu)化工具包，可以在A(yíng)pache SystemML中使用，它允許用戶(hù)運(yùn)行特定查詢(xún)的跟蹤并分析查詢(xún)的性能特征。它用于識(shí)別潛在的性能問(wèn)題，優(yōu)化查詢(xún)，并為用戶(hù)提供計(jì)算資源的使用率。AST提供了一個(gè)非常全面的分析SQL查詢(xún)的機(jī)制，此機(jī)制涵蓋了SQL查詢(xún)優(yōu)化過(guò)程中需要的關(guān)鍵點(diǎn)，例如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理及查詢(xún)優(yōu)化等。
AST如何實(shí)現(xiàn)SQL查詢(xún)的優(yōu)化？
AST通過(guò)跟蹤SQL查詢(xún)的執(zhí)行歷史記錄并基于執(zhí)行合適的優(yōu)化算法，來(lái)提高查詢(xún)優(yōu)化的性能。這個(gè)過(guò)程可以分為以下幾個(gè)步驟：
1.查詢(xún)跟蹤：
使用AST跟蹤應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)，源碼和二進(jìn)制文件一樣，每個(gè)語(yǔ)句被編譯和執(zhí)行，生成一個(gè)包含跟蹤歷史的日志文件；
2.日志分析：
使用AST日志分析工具來(lái)解析跟蹤日志文件，提取查詢(xún)的性能特征，并將其實(shí)現(xiàn)為預(yù)定義的優(yōu)化策略；
3.優(yōu)化生成：
AST優(yōu)化工具會(huì)生成一個(gè)SQL查詢(xún)的優(yōu)化版本，該版本會(huì)優(yōu)化執(zhí)行語(yǔ)句的查詢(xún)計(jì)劃，以提高查詢(xún)性能；
4.執(zhí)行優(yōu)化：
使用優(yōu)化的SQL查詢(xún)運(yùn)行代理，用以執(zhí)行性能優(yōu)化查詢(xún)，提高性能；
AST數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)優(yōu)化的主要優(yōu)點(diǎn)
使用AST進(jìn)行SQL優(yōu)化具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 完善的計(jì)算特征。
AST能夠準(zhǔn)確識(shí)別查詢(xún)中的各種計(jì)算特征，例如聚合、過(guò)濾、排序等，這些特性可以幫助用戶(hù)更好地理解查詢(xún)的性能和優(yōu)化方案。
2. 全面的數(shù)據(jù)分析。
AST提供了一個(gè)完整的數(shù)據(jù)分析，這可以使用戶(hù)識(shí)別潛在的數(shù)據(jù)問(wèn)題，并努力解決問(wèn)題。
3. 基于執(zhí)行歸因的優(yōu)化。
AST基于查詢(xún)執(zhí)行的歸因，可以精確地識(shí)別查詢(xún)性能差異，并通過(guò)使用靈活優(yōu)化算法的支持，提供針對(duì)性的優(yōu)化方案。
4. 優(yōu)化影響的全面識(shí)別。
AST可以基于查詢(xún)操作的參數(shù)正確識(shí)別優(yōu)化方案的影響，以此來(lái)獲得優(yōu)化的性能增益。
在本文中，我們已經(jīng)討論了如何使用AST指導(dǎo)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)優(yōu)化。由于A(yíng)ST提供了精確的查詢(xún)性能廣泛診斷，它是一種有用的SQL查詢(xún)優(yōu)化工具。盡管AST對(duì)于查詢(xún)性能優(yōu)化很重要，但它不能提供最終的答案，而必須通過(guò)分析和解釋生成的輸出來(lái)進(jìn)行決策和操作。在試圖使用AST進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)優(yōu)化之前，需要深入了解該工具，并研究所要優(yōu)化查詢(xún)的特性。但AST是一種有用的工具，可以使用戶(hù)進(jìn)一步探索SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的各個(gè)方面，并能夠大量減少查詢(xún)的成本，增加單位時(shí)間查詢(xún)的效率。
成都網(wǎng)站建設(shè)公司-創(chuàng)新互聯(lián),建站經(jīng)驗(yàn)豐富以策略為先導(dǎo)10多年以來(lái)專(zhuān)注數(shù)字化網(wǎng)站建設(shè),提供企業(yè)網(wǎng)站建設(shè),高端網(wǎng)站設(shè)計(jì),響應(yīng)式網(wǎng)站制作,設(shè)計(jì)師量身打造品牌風(fēng)格,熱線(xiàn):028-86922220SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的操作
SQL包括了所有對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，主要是由4個(gè)部分組成：
1.數(shù)據(jù)定義：這一部分又稱(chēng)為“SQL DDL”，定義數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)，包括定義數(shù)據(jù)庫(kù)、基本表、視圖和索引4部分。
2.數(shù)據(jù)操縱：這一部分又稱(chēng)為“SQL DML”，其中包括數(shù)據(jù)查詢(xún)和數(shù)據(jù)更新兩大類(lèi)操作，其中數(shù)據(jù)更新又包括插入、刪除和更新三種操作。
3.數(shù)據(jù)控制：對(duì)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)的控制有基本表和視圖的授權(quán)、完整性規(guī)則的描述，事務(wù)控制語(yǔ)句等。
4.嵌入式SQL語(yǔ)言的使用規(guī)定：規(guī)定SQL語(yǔ)句在宿主語(yǔ)言的程序中使用的規(guī)則。
下面我們將分別介紹： SQL數(shù)據(jù)定義功能包括定義數(shù)據(jù)庫(kù)、基本表、索引和視圖。
首先，讓我們了解一下SQL所提供的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型：(如^b^)
1.數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與刪除
(1)建立數(shù)據(jù)庫(kù)：數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)包括了多個(gè)基本表的數(shù)據(jù)集，其語(yǔ)句格式為：
CREATE DATABASE 〔其它參數(shù)〕
其中，在系統(tǒng)中必須是唯一的，不能重復(fù)，不然將導(dǎo)致數(shù)據(jù)存取失誤。〔其它參數(shù)〕因具體數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同而異。
例：要建立項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫(kù)(xmmanage)，其語(yǔ)句應(yīng)為：
CREATE DATABASE xmmanage
(2)數(shù)據(jù)庫(kù)的刪除：將數(shù)據(jù)庫(kù)及其全部?jī)?nèi)容從系統(tǒng)中刪除。
其語(yǔ)句格式為：DROP DATABASE
例：刪除項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫(kù)(xmmanage)，其語(yǔ)句應(yīng)為： DROP DATABASE xmmanage
2.基本表的定義及變更
本身獨(dú)立存在的表稱(chēng)為基本表，在SQL語(yǔ)言中一個(gè)關(guān)系唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)基本表?；颈淼亩x指建立基本關(guān)系模式，而變更則是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中已存在的基本表進(jìn)行刪除與修改。 SQL是一種查詢(xún)功能很強(qiáng)的語(yǔ)言，只要是數(shù)據(jù)庫(kù)存在的數(shù)據(jù)，總能通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒▽⑺鼜臄?shù)據(jù)庫(kù)中查找出來(lái)。SQL中的查詢(xún)語(yǔ)句只有一個(gè)：SELECT，它可與其它語(yǔ)句配合完成所有的查詢(xún)功能。SELECT語(yǔ)句的完整語(yǔ)法，可以有6個(gè)子句。完整的語(yǔ)法如下： SELECT 目標(biāo)表的列名或列表達(dá)式 FROM 基本表或(和)視圖 〔WHERE條件表達(dá)式〕 〔GROUP BY列名 〔HAVING組條件表達(dá)式〕〕 〔ORDER BY列名〔〕…〕
簡(jiǎn)單查詢(xún),使用TOP子句
查詢(xún)結(jié)果排序order by
帶條件的查詢(xún)where,使用算術(shù)表達(dá)式，使用邏輯表達(dá)式，使用between關(guān)鍵字，使用in關(guān)鍵字，
模糊查詢(xún)like
整個(gè)語(yǔ)句的語(yǔ)義如下：從FROM子句中列出的表中，選擇滿(mǎn)足WHERE子句中給出的條件表達(dá)式的元組，然后按GROUPBY子句(分組子句)中指定列的值分組，再提取滿(mǎn)足HAVING子句中組條件表達(dá)式的那些組，按SELECT子句給出的列名或列表達(dá)式求值輸出。ORDER子句(排序子句)是對(duì)輸出的目標(biāo)表進(jìn)行重新排序，并可附加說(shuō)明ASC(升序)或DESC(降序)排列。 在WHERE子句中的條件表達(dá)式F中可出現(xiàn)下列操作符和運(yùn)算函數(shù)： 算術(shù)比較運(yùn)算符：，>=，=，。 邏輯運(yùn)算符：AND，OR，NOT。 運(yùn)算符：UNION(并)，INTERSECT(交)，EXCEPT(差)?！ 〕蓡T資格運(yùn)算符：IN，NOT IN 謂詞：EXISTS(存在量詞)，ALL，SOME，UNIQUE。 聚合函數(shù)：AVG(平均值)，MIN(最小值)，MAX(更大值)，SUM(和)，COUNT(計(jì)數(shù))?！ 中運(yùn)算對(duì)象還可以是另一個(gè)SELECT語(yǔ)句，即SELECT語(yǔ)句可以嵌套?！ ∩厦嬷皇橇谐隽薟HERE子句中可出現(xiàn)的幾種主要操作，由于WHERE子句中的條件表達(dá)式可以很復(fù)雜，因此SELECT句型能表達(dá)的語(yǔ)義遠(yuǎn)比其數(shù)學(xué)原形要復(fù)雜得多?！ ∠旅妫覀円陨厦嫠⒌娜齻€(gè)基本表為例，演示一下SELECT的應(yīng)用： 1.無(wú)條件查詢(xún) 例：找出所有學(xué)生的的選課情況 SELECT st_no，su_no FROM score 例：找出所有學(xué)生的情況 SELECT* FROM student “*”為通配符，表示查找FROM中所指出關(guān)系的所有屬性的值?！ ?.條件查詢(xún) 條件查詢(xún)即帶有WHERE子句的查詢(xún)，所要查詢(xún)的對(duì)象必須滿(mǎn)足WHERE子句給出的條件?！ ±赫页鋈魏我婚T(mén)課成績(jī)?cè)?0以上的學(xué)生情況、課號(hào)及分?jǐn)?shù) SELECT UNIQUE student.st_class，student.st_no，student.st_name，student.st_sex，student.st_age，score.su_no，score.score FROM student，score WHERE score.score>=70 AND score.stno=student,st_no 這里使用UNIQUE是不從查詢(xún)結(jié)果集中去掉重復(fù)行，如果使用DISTINCT則會(huì)去掉重復(fù)行。另外邏輯運(yùn)算符的優(yōu)先順序?yàn)镹OT→AND→OR?！ ±赫页稣n程號(hào)為c02的，考試成績(jī)不及格的學(xué)生 SELECT st_no FROM score WHERE su_no=‘c02’AND score80 ) 這里需要明確的是：當(dāng)查詢(xún)涉及多個(gè)基本表時(shí)用嵌套查詢(xún)逐次求解層次分明，具有結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)特點(diǎn)。在嵌套查詢(xún)中，IN是常用到的謂詞。若用戶(hù)能確切知道內(nèi)層查詢(xún)返回的是單值，那么也可用算術(shù)比較運(yùn)算符表示用戶(hù)的要求。 5.計(jì)算查詢(xún) 計(jì)算查詢(xún)是指通過(guò)系統(tǒng)提供的特定函數(shù)(聚合函數(shù))在語(yǔ)句中的直接使用而獲得某些只有經(jīng)過(guò)計(jì)算才能得到的結(jié)果。常用的函數(shù)有： COUNT(*) 計(jì)算元組的個(gè)數(shù) COUNT(列名) 對(duì)某一列中的值計(jì)算個(gè)數(shù) SUM(列名) 求某一列值的總和(此列值是數(shù)值型) AVG(列名) 求某一列值的平均值(此列值是數(shù)值型) MAX(列名) 求某一列值中的更大值 MIN(列名) 求某一列值中的最小值 例：求男學(xué)生的總?cè)藬?shù)和平均年齡 SELECT COUNT(*)，AVG(st_age) FROM student WHERE st_sex=‘男’ 例：統(tǒng)計(jì)選修了課程的學(xué)生的人數(shù) SELECT COUNT(DISTINCT st_no) FROM score 注意：這里一定要加入DISTINCT，因?yàn)橛械膶W(xué)生可能選修了多門(mén)課程，但統(tǒng)計(jì)時(shí)只能按1人統(tǒng)計(jì)，所以要使用DISTINCT進(jìn)行過(guò)濾。 由于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是一個(gè)多用戶(hù)系統(tǒng)，為了控制用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的存取權(quán)利，保持?jǐn)?shù)據(jù)的共享及完全性，SQL語(yǔ)言提供了一系列的數(shù)據(jù)控制功能。其中，主要包括安全性控制、完整性控制、事務(wù)控制和并發(fā)控制?！ ?.安全性控制 數(shù)據(jù)的安全性是指保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，以防非法使用造成數(shù)據(jù)泄露和破壞。保證數(shù)據(jù)安全性的主要方法是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)存取權(quán)力的控制來(lái)防止非法使用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。即限定不同用戶(hù)操作不同的數(shù)據(jù)對(duì)象的權(quán)限?！ 〈嫒?quán)控制包括權(quán)力的授予、檢查和撤消。權(quán)力授予和撤消命令由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員或特定應(yīng)用人員使用。系統(tǒng)在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作前，先核實(shí)相應(yīng)用戶(hù)是否有權(quán)在相應(yīng)數(shù)據(jù)上進(jìn)行所要求的操作?！ ?1)權(quán)力授予：權(quán)力授有數(shù)據(jù)庫(kù)管理員專(zhuān)用的授權(quán)和用戶(hù)可用的授權(quán)兩種形式。數(shù)據(jù)庫(kù)管理員專(zhuān)用授權(quán)命令格式如下： |CONNECT | GRANT|RESOURCE|TO 用戶(hù)名〔IDENTIFED BY 口令〕 |DBA | 其中，CONNECT表示數(shù)據(jù)庫(kù)管理員允許指定的用戶(hù)具有連接到數(shù)據(jù)庫(kù)的權(quán)力，這種授權(quán)是針對(duì)新用戶(hù)；RESOURCE表示允許用戶(hù)建立自己的新關(guān)系模式，用戶(hù)獲得CONNECT權(quán)力后，必須獲得RESOURCE權(quán)力才能創(chuàng)建自己的新表；DBA表示數(shù)據(jù)庫(kù)管理員將自己的特權(quán)授予指定的用戶(hù)。若要同時(shí)授予某用戶(hù)上述三種授權(quán)中的多種權(quán)力，則必須通過(guò)三個(gè)相應(yīng)的GRANT命令指定?！ ×硗猓哂蠧ONNECT和RESOURCE授權(quán)的用戶(hù)可以建立自己的表，并在自己建立的表和視圖上具有查詢(xún)、插入、修改和刪除的權(quán)力。但通常不能使用其他用戶(hù)的關(guān)系，除非能獲得其他用戶(hù)轉(zhuǎn)授給他的相應(yīng)權(quán)力?！ ±喝粼试S用戶(hù)SSE連接到數(shù)據(jù)庫(kù)并可以建立他自己的關(guān)系，則可通過(guò)如下命令授予權(quán)力： GRANT CONNECT TO SSE INENTIFIED BY BD1928 GRANT RESOURCE TO SSE 用戶(hù)可用的授權(quán)是指用戶(hù)將自己擁有的部分或全部權(quán)力轉(zhuǎn)授給其他用戶(hù)的命令形式，其命令格式如下： |SELECT | |INSERT | |DELETE | GRANT|UPDATE(列名1…)|ON|表名 |TO|用戶(hù)名|〔WITH GRANT OPTION〕 |ALTER | |視圖名| |PUBLIC| |NDEX | |ALL | 若對(duì)某一用戶(hù)同時(shí)授予多種操作權(quán)力，則操作命令符號(hào)可用“，”相隔。 PUBLIC 表示將權(quán)力授予數(shù)據(jù)庫(kù)的所有用戶(hù)，使用時(shí)要注意： 任選項(xiàng)WITH GRANT OPTION表示接到授權(quán)的用戶(hù)，具有將其所得到的同時(shí)權(quán)力再轉(zhuǎn)授給其他用戶(hù)權(quán)力?！ ±喝绻麑⒈韘tudent的查詢(xún)權(quán)授予所有用戶(hù)，可使用以下命令： GRANT SELECT ON student TO PUBLIC 例：若將表subject的插入及修改權(quán)力授予用戶(hù)SSE并使得他具有將這種權(quán)力轉(zhuǎn)授他人的權(quán)力，則可使用以下命令： GRANT INSERT，UPDATE(su_subject) ON subject TO SSE WITH GRANT OPTION 這里，UPDATE后面跟su_subject是指出其所能修改的列?！ ?2)權(quán)力回收：權(quán)力回收是指回收指定用戶(hù)原已授予的某些權(quán)力。與權(quán)力授予命令相匹配，權(quán)力回收也有數(shù)據(jù)庫(kù)管理員專(zhuān)用和用戶(hù)可用的兩種形式?！ BA專(zhuān)用的權(quán)力回收命令格式為： |CONNECT | REVOKE|RESOURCE|FROM用戶(hù)名 |DBA | 用戶(hù)可用的權(quán)力回收命令格式為： |SELECT | |INSERT | |DELETE | REVOKE|UPDATE(列名1〔，列名2〕…) |ON|表名 |FROM |用戶(hù)名| |ALTER | |視圖名| |PUBLIC| |INDEX | |ALL | 例：回收用戶(hù)SSE的DBA權(quán)力： REVOKE DBA FROM SSE 2.完整性控制 數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性是指數(shù)據(jù)的正確性和相容性，這是數(shù)據(jù)庫(kù)理論中的重要概念。完整性控制的主要目的是防止語(yǔ)義上不正確的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。關(guān)系系統(tǒng)中的完整性約束條件包括實(shí)體完整性、參照完整性和用戶(hù)定義完整性。而完整性約束條件的定義主要是通過(guò)CREATE TABLE語(yǔ)句中的〔CHECK〕子句來(lái)完成。另外，還有一些輔助命令可以進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性保護(hù)。如UNIQUE和NOT NULL，前者用于防止重復(fù)值進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，后者用于防止空值。 3.事務(wù)控制 事務(wù)是并發(fā)控制的基本單位，也是恢復(fù)的基本單位。在SQL中支持事務(wù)的概念。所謂事務(wù)，是用戶(hù)定義的一個(gè)操作序列()，這些操作要么都做，要么一個(gè)都不做，是一個(gè)不可分割的整體。一個(gè)事務(wù)通常以BEGIN TRANSACTION開(kāi)始，以COMMIT或ROLLBACK結(jié)束?！ QL提供了事務(wù)提交和事務(wù)撤消兩種命令： (1)事務(wù)提交：事務(wù)提交的命令為： COMMIT 〔WORK〕 事務(wù)提交標(biāo)志著對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的某種應(yīng)用操作成功地完成，所有對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作都必須作為事務(wù)提交給系統(tǒng)時(shí)才有效。事務(wù)一經(jīng)提交就不能撤消?！ ?2)事務(wù)撤消：事務(wù)撤消的命令是： ROLLBACK 〔WORK〕 事務(wù)撤消標(biāo)志著相應(yīng)事務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作失敗，因而要撤消對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的改變，即要“回滾”到相應(yīng)事務(wù)開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)。 當(dāng)系統(tǒng)非正常結(jié)束時(shí)(如掉電、系統(tǒng)死機(jī))，將自動(dòng)執(zhí)行ROLLBACK命令
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