看懂Oracle執行計劃
最近一直在跟Oracle打交道，從最初的一臉懵逼到現在的略有所知，也來總結一下自己最近所學，不定時更新ing…
1.什麼是Oracle執行計劃？
執行計劃是一條查詢語句在Oracle中的執行過程或訪問路徑的描述
2.怎樣查看Oracle執行計劃？
因爲我一直用的PLSQL遠程連接的公司數據庫，所以這裏以PLSQL爲例：
2.1配置執行計劃需要顯示的項：
工具 —> 首選項 —> 窗口類型 —> 計劃窗口 —> 根據需要配置要顯示在執行計劃中的列
執行計劃的常用列字段解釋：
基數（Rows）：Oracle估計的當前操作的返回結果集行數
字節（Bytes）：執行該步驟後返回的字節數
耗費（COST）、CPU耗費：Oracle估計的該步驟的執行成本，用於說明SQL執行的代價，理論上越小越好（該值可能與實際有出入）
時間（Time）：Oracle估計的當前操作所需的時間
2.2打開執行計劃：
在SQL窗口執行完一條select語句後按 F5 即可查看剛剛執行的這條查詢語句的執行計劃
注：在PLSQL中使用SQL命令查看執行計劃的話，某些SQL*PLUS命令PLSQL無法支持，比如SET AUTOTRACE ON
3.看懂Oracle執行計劃
3.1執行順序：
根據Operation縮進來判斷，縮進最多的最先執行；（縮進相同時，最上面的最先執行）
例：上圖中 INDEX RANGE SCAN 和 INDEX UNIQUE SCAN 兩個動作縮進最多，最上面的 INDEX RANGE SCAN 先執行；
同一級如果某個動作沒有子ID就最先執行
同一級的動作執行時遵循最上最右先執行的原則
例：上圖中 TABLE ACCESS BY GLOBAL INDEX ROWID 和 TABLE ACCESS BY INDEX ROWID 兩個動作縮進都在同一級，則位於上面的 TABLE ACCESS BY GLOBAL INDEX ROWID 這個動作先執行；這個動作又包含一個子動作 INDEX RANGE SCAN，則位於右邊的子動作 INDEX RANGE SCAN 先執行；
圖示中的SQL執行順序即爲：
INDEX RANGE SCAN —> TABLE ACCESS BY GLOBAL INDEX ROWID —> INDEX UNIQUE SCAN —> TABLE ACCESS BY INDEX ROWID —> NESTED LOOPS OUTER —> SORT GROUP BY —> SELECT STATEMENT, GOAL = ALL_ROWS
（ 注：PLSQL提供了查看執行順序的功能按鈕(上圖中的紅框部分) ）
3.2對圖中動作的一些說明：
1. 上圖中 TABLE ACCESS BY … 即描述的是該動作執行時表訪問（或者說Oracle訪問數據）的方式；
表訪問的幾種方式：（非全部）
- TABLE ACCESS FULL（全表掃描）
- TABLE ACCESS BY ROWID（通過ROWID的表存取）
- TABLE ACCESS BY INDEX SCAN（索引掃描）
（1） TABLE ACCESS FULL（全表掃描）：
Oracle會讀取表中所有的行，並檢查每一行是否滿足SQL語句中的 Where 限制條件；
全表掃描時可以使用多塊讀（即一次I/O讀取多塊數據塊）操作，提升吞吐量；
使用建議：數據量太大的表不建議使用全表掃描，除非本身需要取出的數據較多，佔到表數據總量的 5% ~ 10% 或以上
（2） TABLE ACCESS BY ROWID（通過ROWID的表存取） :
先說一下什麼是ROWID？
ROWID是由Oracle自動加在表中每行最後的一列僞列，既然是僞列，就說明表中並不會物理存儲ROWID的值；
你可以像使用其它列一樣使用它，只是不能對該列的值進行增、刪、改操作；
一旦一行數據插入後，則其對應的ROWID在該行的生命週期內是唯一的，即使發生行遷移，該行的ROWID值也不變。
讓我們再回到 TABLE ACCESS BY ROWID 來：
行的ROWID指出了該行所在的數據文件、數據塊以及行在該塊中的位置，所以通過ROWID可以快速定位到目標數據上，這也是Oracle中存取單行數據最快的方法；
（3） TABLE ACCESS BY INDEX SCAN（索引掃描）：
在索引塊中，既存儲每個索引的鍵值，也存儲具有該鍵值的行的ROWID。
一個數字列上建索引後該索引可能的概念結構如下圖：
所以索引掃描其實分爲兩步：
Ⅰ：掃描索引得到對應的ROWID
Ⅱ：通過ROWID定位到具體的行讀取數據
----------------索引掃描延伸-------------------
索引掃描又分五種：
- INDEX UNIQUE SCAN（索引唯一掃描）
- INDEX RANGE SCAN（索引範圍掃描）
- INDEX FULL SCAN（索引全掃描）
- INDEX FAST FULL SCAN（索引快速掃描）
- INDEX SKIP SCAN（索引跳躍掃描）
a) INDEX UNIQUE SCAN（索引唯一掃描）：
針對唯一性索引（UNIQUE INDEX）的掃描，每次至多隻返回一條記錄；
表中某字段存在 UNIQUE、PRIMARY KEY 約束時，Oracle常實現唯一性掃描；
b) INDEX RANGE SCAN（索引範圍掃描）：
使用一個索引存取多行數據；
發生索引範圍掃描的三種情況：
- 在唯一索引列上使用了範圍操作符（如：> < <> >= <= between）
- 在組合索引上，只使用部分列進行查詢（查詢時必須包含前導列，否則會走全表掃描）
- 對非唯一索引列上進行的任何查詢
c) INDEX FULL SCAN（索引全掃描）：
進行全索引掃描時，查詢出的數據都必須從索引中可以直接得到（注意全索引掃描只有在CBO模式下才有效）
----------------------- 延伸閱讀：Oracle優化器簡述 -----------------------
Oracle中的優化器是SQL分析和執行的優化工具，它負責生成、制定SQL的執行計劃。
Oracle的優化器有兩種：
- RBO（Rule-Based Optimization） 基於規則的優化器
- CBO（Cost-Based Optimization） 基於代價的優化器
RBO：
RBO有嚴格的使用規則，只要按照這套規則去寫SQL語句，無論數據表中的內容怎樣，也不會影響到你的執行計劃；
換句話說，RBO對數據“不敏感”，它要求SQL編寫人員必須要了解各項細則；
RBO一直沿用至ORACLE 9i，從ORACLE 10g開始，RBO已經徹底被拋棄。
CBO：
CBO是一種比RBO更加合理、可靠的優化器，在ORACLE 10g中完全取代RBO；
CBO通過計算各種可能的執行計劃的“代價”，即COST，從中選用COST最低的執行方案作爲實際運行方案；
它依賴數據庫對象的統計信息，統計信息的準確與否會影響CBO做出最優的選擇，也就是對數據“敏感”。
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d) INDEX FAST FULL SCAN（索引快速掃描）:
掃描索引中的所有的數據塊，與 INDEX FULL SCAN 類似，但是一個顯著的區別是它不對查詢出的數據進行排序（即數據不是以排序順序被返回）
e) INDEX SKIP SCAN（索引跳躍掃描）：
Oracle 9i後提供，有時候複合索引的前導列（索引包含的第一列）沒有在查詢語句中出現，oralce也會使用該複合索引，這時候就使用的INDEX SKIP SCAN;
什麼時候會觸發 INDEX SKIP SCAN 呢？
前提條件：表有一個複合索引，且在查詢時有除了前導列（索引中第一列）外的其他列作爲條件，並且優化器模式爲CBO時
當Oracle發現前導列的唯一值個數很少時，會將每個唯一值都作爲常規掃描的入口，在此基礎上做一次查找，最後合併這些查詢；
例如：
假設表emp有ename（僱員名稱）、job（職位名）、sex（性別）三個字段，並且建立了如 create index idx_emp on emp (sex, ename, job) 的複合索引；
因爲性別只有 '男' 和 '女' 兩個值，所以爲了提高索引的利用率，Oracle可將這個複合索引拆成 ('男', ename, job)，('女', ename, job) 這兩個複合索引；
當查詢 select * from emp where job = 'Programmer' 時，該查詢發出後：
Oracle先進入sex爲'男'的入口，這時候使用到了 ('男', ename, job) 這條複合索引，查找 job = 'Programmer' 的條目；
再進入sex爲'女'的入口，這時候使用到了 ('女', ename, job) 這條複合索引，查找 job = 'Programmer' 的條目；
最後合併查詢到的來自兩個入口的結果集。
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2. 上圖中的 NESTED LOOPS … 描述的是表連接方式；
JOIN 關鍵字用於將兩張表作連接，一次只能連接兩張表，JOIN 操作的各步驟一般是串行的（在讀取做連接的兩張表的數據時可以並行讀取）；
表（row source）之間的連接順序對於查詢效率有很大的影響，對首先存取的表（驅動表）先應用某些限制條件（Where過濾條件）以得到一個較小的row source，可以使得連接效率提高。
4.延伸閱讀：驅動表（Driving Table）與匹配表（Probed Table）
驅動表（Driving Table）：
表連接時首先存取的表，又稱外層表（Outer Table），這個概念用於 NESTED LOOPS（嵌套循環） 與 HASH JOIN（哈希連接）中；
如果驅動表返回較多的行數據，則對所有的後續操作有負面影響，故一般選擇小表（應用Where限制條件後返回較少行數的表）作爲驅動表。
匹配表（Probed Table）：
又稱爲內層表（Inner Table），從驅動表獲取一行具體數據後，會到該表中尋找符合連接條件的行。故該表一般爲大表（應用Where限制條件後返回較多行數的表）。
5.表連接的幾種方式：
- SORT MERGE JOIN（排序-合併連接）
- NESTED LOOPS（嵌套循環）
- HASH JOIN（哈希連接）
- CARTESIAN PRODUCT（笛卡爾積）
注：這裏將首先存取的表稱作 row source 1，將之後參與連接的表稱作 row source 2；
（1） SORT MERGE JOIN（排序-合併連接）：
假設有查詢：select a.name, b.name from table_A a join table_B b on (a.id = b.id)
內部連接過程：
a) 生成 row source 1 需要的數據，按照連接操作關聯列（如示例中的a.id）對這些數據進行排序
b) 生成 row source 2 需要的數據，按照與 a) 中對應的連接操作關聯列（b.id）對數據進行排序
c) 兩邊已排序的行放在一起執行合併操作（對兩邊的數據集進行掃描並判斷是否連接）
延伸：
如果示例中的連接操作關聯列 a.id，b.id 之前就已經被排過序了的話，連接速度便可大大提高，因爲排序是很費時間和資源的操作，尤其對於有大量數據的表。
故可以考慮在 a.id，b.id 上建立索引讓其能預先排好序。不過遺憾的是，由於返回的結果集中包括所有字段，所以通常的執行計劃中，即使連接列存在索引，也不會進入到執行計劃中，除非進行一些特定列處理（如僅僅只查詢有索引的列等）。
排序-合併連接的表無驅動順序，誰在前面都可以；
排序-合併連接適用的連接條件有： < <= = > >= ，不適用的連接條件有： <> like
（2） NESTED LOOPS（嵌套循環）：
內部連接過程：
a) 取出 row source 1 的 row 1（第一行數據），遍歷 row source 2 的所有行並檢查是否有匹配的，取出匹配的行放入結果集中
b) 取出 row source 1 的 row 2（第二行數據），遍歷 row source 2 的所有行並檢查是否有匹配的，取出匹配的行放入結果集中
c) ……
若 row source 1 （即驅動表）中返回了 N 行數據，則 row source 2 也相應的會被全表遍歷 N 次。
因爲 row source 1 的每一行都會去匹配 row source 2 的所有行，所以當 row source 1 返回的行數儘可能少並且能高效訪問 row source 2（如建立適當的索引）時，效率較高。
延伸：
嵌套循環的表有驅動順序，注意選擇合適的驅動表。
嵌套循環連接有一個其他連接方式沒有的好處是：可以先返回已經連接的行，而不必等所有的連接操作處理完才返回數據，這樣可以實現快速響應。
應儘可能使用限制條件（Where過濾條件）使驅動表（row source 1）返回的行數儘可能少，同時在匹配表（row source 2）的連接操作關聯列上建立唯一索引（UNIQUE INDEX）或是選擇性較好的非唯一索引，此時嵌套循環連接的執行效率會變得很高。若驅動表返回的行數較多，即使匹配表連接操作關聯列上存在索引，連接效率也不會很高。
（3）HASH JOIN（哈希連接） :
哈希連接只適用於等值連接（即連接條件爲 = ）
HASH JOIN對兩個表做連接時並不一定是都進行全表掃描，其並不限制表訪問方式；
內部連接過程簡述：
a) 取出 row source 1（驅動表，在HASH JOIN中又稱爲Build Table） 的數據集，然後將其構建成內存中的一個 Hash Table（Hash函數的Hash KEY就是連接操作關聯列），創建Hash位圖（bitmap）
b) 取出 row source 2（匹配表）的數據集，對其中的每一條數據的連接操作關聯列使用相同的Hash函數並找到對應的 a) 裏的數據在 Hash Table 中的位置，在該位置上檢查能否找到匹配的數據
----------------延伸閱讀：Hash Table相關----------------
來自Wiki的解釋：
In computing, a hash table (hash map) is a data structure used to implement an associative array, a structure that can map keys to values. A hash table uses a hash function to compute an index into an array of buckets or slots, from which the desired value can be found.
散列（hash）技術：在記錄的存儲位置和記錄具有的關鍵字key之間建立一個對應關係 f ，使得輸入key後，可以得到對應的存儲位置 f(key)，這個對應關係 f 就是散列（哈希）函數；
採用散列技術將記錄存儲在一塊連續的存儲空間中，這塊連續的存儲空間就是散列表（哈希表）；
不同的key經同一散列函數散列後得到的散列值理論上應該不同，但是實際中有可能相同，相同時即是發生了散列（哈希）衝突，解決散列衝突的辦法有很多，比如HashMap中就是用鏈地址法來解決哈希衝突；
哈希表是一種面向查找的數據結構，在輸入給定值後查找給定值對應的記錄在表中的位置以獲取特定記錄這個過程的速度很快。
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HASH JOIN的三種模式：
- OPTIMAL HASH JOIN
- ONEPASS HASH JOIN
- MULTIPASS HASH JOIN
1) OPTIMAL HASH JOIN：
OPTIMAL 模式是從驅動表（也稱Build Table）上獲取的結果集比較小，可以把根據結果集構建的整個Hash Table都建立在用戶可以使用的內存區域裏。
連接過程簡述：
Ⅰ：首先對Build Table內各行數據的連接操作關聯列使用Hash函數，把Build Table的結果集構建成內存中的Hash Table。如圖所示，可以把Hash Table看作內存中的一塊大的方形區域，裏面有很多的小格子，Build Table裏的數據就分散分佈在這些小格子中，而這些小格子就是Hash Bucket（見上面Wiki的定義）。
Ⅱ：開始讀取匹配表（Probed Table）的數據，對其中每行數據的連接操作關聯列都使用同上的Hash函數，定位Build Table裏使用Hash函數後具有相同值數據所在的Hash Bucket。
Ⅲ：定位到具體的Hash Bucket後，先檢查Bucket裏是否有數據，沒有的話就馬上丟掉匹配表（Probed Table）的這一行。如果裏面有數據，則繼續檢查裏面的數據（驅動表的數據）是否和匹配表的數據相匹配。
2): ONEPASS HASH JOIN :
從驅動表（也稱Build Table）上獲取的結果集較大，無法將根據結果集構建的Hash Table全部放入內存中時，會使用 ONEPASS 模式。
連接過程簡述：
Ⅰ：對Build Table內各行數據的連接操作關聯列使用Hash函數，根據Build Table的結果集構建Hash Table後，由於內存無法放下所有的Hash Table內容，將導致有的Hash Bucket放在內存裏，有的Hash Bucket放在磁盤上，無論放在內存裏還是磁盤裏，Oracle都使用一個Bitmap結構來反映這些Hash Bucket的狀態（包括其位置和是否有數據）。
Ⅱ：讀取匹配表數據並對每行的連接操作關聯列使用同上的Hash函數，定位Bitmap上Build Table裏使用Hash函數後具有相同值數據所在的Bucket。如果該Bucket爲空，則丟棄匹配表的這條數據。如果不爲空，則需要看該Bucket是在內存裏還是在磁盤上。
如果在內存中，就直接訪問這個Bucket並檢查其中的數據是否匹配，有匹配的話就返回這條查詢結果。
如果在磁盤上，就先把這條待匹配數據放到一邊，將其先暫存在內存裏，等以後積累了一定量的這樣的待匹配數據後，再批量的把這些數據寫入到磁盤上（上圖中的 Dump probe partitions to disk）。
Ⅲ：當把匹配表完整的掃描了一遍後，可能已經返回了一部分匹配的數據了。接下來還有Hash Table中一部分在磁盤上的Hash Bucket數據以及匹配表中部分被寫入到磁盤上的待匹配數據未處理，現在Oracle會把磁盤上的這兩部分數據重新匹配一次，然後返回最終的查詢結果。
3): MULTIPASS HASH JOIN：
當內存特別小或者相對而言Hash Table的數據特別大時，會使用 MULTIPASS 模式。MULTIPASS會多次讀取磁盤數據，應儘量避免使用該模式。
3. 上圖中的 … OUTER 描述的是表連接類型；
表連接的兩種類型：
- INNER JOIN（內連接）
- OUTER JOIN（外連接）
示例數據說明：
現有A、B兩表，A表信息如下：
B表信息如下：
下面的例子都用A、B兩表來演示。
（1） INNER JOIN（內連接）：
只返回兩表中相匹配的記錄。
INNER JOIN 又分爲兩種：
- 等值連接（連接條件爲 = ）
- 非等值連接（連接條件爲 非 = ，如 > >= < <= 等）
等值連接用的最多，下面以等值連接舉例：
內連接的兩種寫法：
Ⅰ： select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a inner join B b on (a.id = b.id)
Ⅱ： select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a join B b on (a.id = b.id)
連接時只返回滿足連接條件（a.id = b.id）的記錄：
（2） OUTER JOIN（外連接）：
OUTER JOIN 分爲三種：
- LEFT OUTER JOIN（可簡寫爲 LEFT JOIN，左外連接）
- RIGHT OUTER JOIN（ RIGHT JOIN，右外連接）
- FULL OUTER JOIN（ FULL JOIN，全外連接）
a) LEFT JOIN（左連接）：
返回的結果不僅包含符合連接條件的記錄，還包含左邊表中的全部記錄。（若返回的左表中某行記錄在右表中沒有匹配項，則右表中的返回列均爲空值）
兩種寫法：
Ⅰ：select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a left outer join B b on (a.id = b.id)
Ⅱ：select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a left join B b on (a.id = b.id)
返回結果：
b) RIGHT JOIN（右連接）：
返回的結果不僅包含符合連接條件的記錄，還包含右邊表中的全部記錄。（若返回的右表中某行記錄在左表中沒有匹配項，則左表中的返回列均爲空值）
兩種寫法：
Ⅰ：select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a right outer join B b on (a.id = b.id)
Ⅱ：select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a right join B b on (a.id = b.id)
返回結果：
c) FULL JOIN（全連接）：
返回左右兩表的全部記錄。(左右兩邊不匹配的項都以空值代替)
兩種寫法：
Ⅰ：select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a full outer join B b on (a.id = b.id)
Ⅱ：select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a full join B b on (a.id = b.id)
返回結果：
---------------------延伸閱讀： (+) 操作符-------------------
(+) 操作符是Oracle特有的表示法，用來表示外連接（只能表示 左外、右外 連接），需要配合Where語句使用。
特別注意：(+) 操作符在左表的連接條件上表示右連接，在右表的連接條件上表示左連接。
如：
Ⅰ：select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a, B b where a.id = b.id(+)
查詢結果：
實際與左連接 select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a left join B b on (a.id = b.id) 效果等價
Ⅱ：select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a, B b where a.id(+) = b.id
查詢結果：
實際與右連接 select a.id A_ID, a.name A_NAME, b.id B_ID, b.name B_NAME from A a right join B b on (a.id = b.id) 效果等價