非空約束重要性全表掃描的性能提升

 

1.1測試現象

CREATE TABLE T1 AS SELECT OBJECT_ID,OBJECT_NAME FROM DBA_OBJECTS;

CREATE TABLE T2 AS SELECT OBJECT_ID,OBJECT_NAME FROM DBA_OBJECTS;

 

 

 

CREATE INDEX IDX1 ON T1(OBJECT_ID);

 

EXPLAIN PLAN FOR

SELECT T1.OBJECT_ID FROM T1 LEFT JOIN T2 ON T1.OBJECT_ID=T2.OBJECT_ID;

 

 

COMMIT;

 

SELECT * FROM TABLE(DBMS_XPLAN.DISPLAY);

 

 

 

 

Plan hash value: 1823443478

 

-----------------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation          | Name | Rows  | Bytes |TempSpc| Cost (%CPU)| Time     |

-----------------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT   |      | 69236 |  1757K|       |   415   (1)| 00:00:01 |

|*  1 |  HASH JOIN OUTER   |      | 69236 |  1757K|  1696K|   415   (1)| 00:00:01 |

|   2 |   TABLE ACCESS FULL| T1   | 69236 |   878K|       |   124   (0)| 00:00:01 |

|   3 |   TABLE ACCESS FULL| T2   | 69414 |   881K|       |   124   (0)| 00:00:01 |

-----------------------------------------------------------------------------------

 

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

 

   1 - access("T1"."OBJECT_ID"="T2"."OBJECT_ID"(+))

 

Note

-----

   - dynamic statistics used: dynamic sampling (level=2)

 

 

 

 

 

 

alter table t1 modify object_id not null;

 

alter table t1 add constraint ooooo check(object_id is not null);

 

insert into t2 select object_id,object_name from dba_objects where rownum<400

 

 

Plan hash value: 2754336310

 

---------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation          | Name | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |

---------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT   |      |     1 |    26 |     3   (0)| 00:00:01 |

|*  1 |  HASH JOIN OUTER   |      |     1 |    26 |     3   (0)| 00:00:01 |

|   2 |   INDEX FULL SCAN  | IDX1 |     1 |    13 |     1   (0)| 00:00:01 |

|   3 |   TABLE ACCESS FULL| T2   |   399 |  5187 |     2   (0)| 00:00:01 |

---------------------------------------------------------------------------

 

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

 

   1 - access("T1"."OBJECT_ID"="T2"."OBJECT_ID"(+))

 

Note

-----

   - dynamic statistics used: dynamic sampling (level=2)

 

非空約束是字段的一個重要屬性。但是，很多時候，數據庫表的設計人員似乎並不十分在意這個屬性。最常見的現象就是，除了主鍵字段外，所有字段都不指定該屬性。而在Oracle中，默認是允許爲空。    而實際上，優化器在選擇執行計劃時，非空約束是一個重要的影響因素。爲了說明問題，我們建立以下測試表，然後分別說明非空約束在各種情況下對執行計劃和性能的影響。
SQL代碼
 

HELLODBA.COM>create table t_test1 tablespace DEMO as select * from dba_objects;  

1.   
   Table created.  
2.   
   HELLODBA.COM>alter table T_TEST1 add constraint T_TEST1_PK primary key (OBJECT_ID) using index  tablespace DEMOTSINX;  
3.   
   Table altered.  
4.   
   HELLODBA.COM>update t_test1 set SUBOBJECT_NAME=OBJECT_NAME where SUBOBJECT_NAME is null;  
5.   
   32072 rows updated.  
6.   
   HELLODBA.COM>commit;  
7.   
   Commit complete.  
8.   
   HELLODBA.COM>desc t_test1  
9. Name          Null?    Type  
   ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
10. OWNER         NOT NULL VARCHAR2(30)  
    OBJECT_NAME   NOT NULL VARCHAR2(30)  
11. SUBOBJECT_NAME         VARCHAR2(30)  
    OBJECT_ID     NOT NULL NUMBER  
12. DATA_OBJECT_ID         NUMBER  
    OBJECT_TYPE            VARCHAR2(19)  
13. CREATED       NOT NULL DATE  
    LAST_DDL_TIME NOT NULL DATE  
14. TIMESTAMP              VARCHAR2(19)  
    STATUS                 VARCHAR2(7)  
15. TEMPORARY              VARCHAR2(1)  
    GENERATED              VARCHAR2(1)  
16. SECONDARY              VARCHAR2(1)  
17. LIO                    NUMBER  

謂詞評估    在上面表中，字段SUBOBJECT_NAME中不存在空值，但也沒有非空約束，再看以下查詢，查找該字段的空值記錄：
SQL代碼
 

HELLODBA.COM>select * from t_test1 where SUBOBJECT_NAME is null;  

1.   
   no rows selected  
2.   
   Execution Plan  
3. ----------------------------------------------------------  
   Plan hash value: 1883417357  
4.   
   -----------------------------------------------------------------------------  
5. | Id  | Operation         | Name    | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |  
   -----------------------------------------------------------------------------  
6. |   0 | SELECT STATEMENT  |         |     1 |    96 |    45   (0)| 00:00:46 |  
   |*  1 |  TABLE ACCESS FULL| T_TEST1 |     1 |    96 |    45   (0)| 00:00:46 |  
7. -----------------------------------------------------------------------------  
     
8. Predicate Information (identified by operation id):  
   ---------------------------------------------------  
9.   
      1 - filter("SUBOBJECT_NAME" IS NULL)  
10.   
    Statistics  
11. ----------------------------------------------------------  
              0  recursive calls  
12.           0  db block gets  
            665  consistent gets  
13.           0  physical reads  
              0  redo size  
14.        1048  bytes sent via SQL*Net to client  
            374  bytes received via SQL*Net from client  
15.           1  SQL*Net roundtrips to/from client  
              0  sorts (memory)  
16.           0  sorts (disk)  
17.           0  rows processed  

    我們看到，需要對錶進行全表掃描（關於索引，隨後再討論）。而如果我們加上非空約束，可以看到執行計劃已經性能的變化：
SQL代碼
 

HELLODBA.COM>alter table t_test1 modify SUBOBJECT_NAME not null;  

1.   
   Table altered.  
2.   
   HELLODBA.COM>select * from t_test1 where SUBOBJECT_NAME is null;  
3.   
   no rows selected  
4.   
   Execution Plan  
5. ----------------------------------------------------------  
   Plan hash value: 4146611218  
6.   
   ------------------------------------------------------------------------------  
7. | Id  | Operation          | Name    | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |  
   ------------------------------------------------------------------------------  
8. |   0 | SELECT STATEMENT   |         |     1 |    96 |     0   (0)|          |  
   |*  1 |  FILTER            |         |       |       |            |          |  
9. |   2 |   TABLE ACCESS FULL| T_TEST1 | 47585 |  4461K|    45   (0)| 00:00:46 |  
   ------------------------------------------------------------------------------  
10.   
    Predicate Information (identified by operation id):  
11. ---------------------------------------------------  
      
12.    1 - filter(NULL IS NOT NULL)  
      
13.   
    Statistics  
14. ----------------------------------------------------------  
              0  recursive calls  
15.           0  db block gets  
              0  consistent gets  
16.           0  physical reads  
              0  redo size  
17.        1048  bytes sent via SQL*Net to client  
            374  bytes received via SQL*Net from client  
18.           1  SQL*Net roundtrips to/from client  
              0  sorts (memory)  
19.           0  sorts (disk)  
20.           0  rows processed  

    注意到，在全表掃描之前，增加了一個filter，而fileter的表達式是NULL IS NOT NULL，其邏輯結果是FALSE，因此，實際上其子操作（全表掃描）並未執行。相應的，請性能數據裏面CR爲0。
    之所以優化器會爲執行計劃增加這樣一個filter，是因爲優化器在做查詢轉換（Query Transformation）時，會將非空約束作爲參照條件之一，對where子句的謂詞做邏輯結果評估，如果評估結果爲false，則會增加一個這樣的filter，以避免執行一些高代價的操作。從10053跟蹤文件中，可以看到這對於優化器對執行計劃代價估算的影響：
SQL代碼
 

Cdn, Cost adjusted (to ~ 0) as where clause evalutes to FALSE  

1. Final - All Rows Plan:  Best join order: 1  
     Cost: 0.0000  Degree: 1  Card: 1.0000  Bytes: 4568160  
2.   Resc: 0.0000  Resc_io: 0.0000  Resc_cpu: 0  
3.   Resp: 0.0000  Resp_io: 0.0000  Resc_cpu: 0  

非空約束對索引選擇的影響    我們知道，Oracle中B*樹索引中不存在空鍵值，即在表的數據記錄中，如果索引中所有字段都爲空，則該記錄不會被構建到索引樹中。也就是說，如果索引字段上沒有非空約束，則表記錄與索引記錄不是完全映射的。
    我們先去掉subobject_name上的非空約束，並在上面建立索引：
SQL代碼
 

HELLODBA.COM>alter table t_test1 modify subobject_name null;  

1.   
   Table altered.  
2.   
   HELLODBA.COM>create index t_test1_subo_idx on t_test1(subobject_name) compute statistics;  
3.   
4. Index created.  

    執行以下語句，以獲取subobject_name最小的10條記錄。爲了提高效率，我們希望直接從索引中直接讀取前10條ROWID（索引數據已經按照subobject_name排序），然後根據ROWID獲取數據記錄：
SQL代碼
 

HELLODBA.COM>select owner,object_name,subobject_name from t_test1 t1, (select /*+index(t t_test1_subo_idx)*/rowid rid from t_test1 t where rownum<=10order by subobject_name) v where t1.rowid=v.rid;  

1.   
   OWNER                          OBJECT_NAME                    SUBOBJECT_NAME  
2. ------------------------------ ------------------------------ ------------------------------  
   SYS                            ICOL$                          BBB  
3. SYS                            I_USER1                        BBB  
   SYS                            CON$                           BBB  
4. SYS                            UNDO$                          BBB  
   SYS                            I_PROXY_ROLE_DATA$_1           BBB  
5. SYS                            I_OBJ#                         BBB  
   SYS                            PROXY_ROLE_DATA$               BBB  
6. SYS                            I_IND1                         BBB  
   SYS                            I_CDEF2                        BBB  
7. SYS                            C_COBJ#                        BBB  
     
8. 10 rows selected.  
     
9.   
   Execution Plan  
10. ----------------------------------------------------------  
    Plan hash value: 4050478946  
11.   
    -----------------------------------------------------------------------------------------------  
12. | Id  | Operation                   | Name    | Rows  | Bytes |TempSpc| Cost (%CPU)| Time     |  
    -----------------------------------------------------------------------------------------------  
13. |   0 | SELECT STATEMENT            |         |    10 |   560 |       |   308   (1)| 00:05:09 |  
    |   1 |  NESTED LOOPS               |         |    10 |   560 |       |   308   (1)| 00:05:09 |  
14. |   2 |   VIEW                      |         |    10 |   120 |       |   298   (1)| 00:04:59 |  
    |   3 |    SORT ORDER BY            |         |    10 |   160 |  2248K|   298   (1)| 00:04:59 |  
15. |*  4 |     COUNT STOPKEY           |         |       |       |       |            |          |  
    |   5 |      TABLE ACCESS FULL      | T_TEST1 | 47585 |   743K|       |    45   (0)| 00:00:46 |  
16. |   6 |   TABLE ACCESS BY USER ROWID| T_TEST1 |     1 |    44 |       |     1   (0)| 00:00:02 |  
    -----------------------------------------------------------------------------------------------  
17.   
    Predicate Information (identified by operation id):  
18. ---------------------------------------------------  
      
19.    4 - filter(ROWNUM<=10)  
      
20.   
    Statistics  
21. ----------------------------------------------------------  
              0  recursive calls  
22.           0  db block gets  
             14  consistent gets  
23.           0  physical reads  
              0  redo size  
24.         707  bytes sent via SQL*Net to client  
            385  bytes received via SQL*Net from client  
25.           2  SQL*Net roundtrips to/from client  
              1  sorts (memory)  
26.           0  sorts (disk)  
27.          10  rows processed  

    但是，查詢計劃和結果看，語句並沒有按照設想的方式執行，得出的數據也不是我們需要的。其原因就在於，由於空值不被索引，優化器無法確認索引數據是否涵蓋了所有數據記錄，因而它沒有選擇指定索引。
    我們把非空約束加上，執行計劃和結果就符合我們的需求了。
SQL代碼
 

HELLODBA.COM>alter table t_test1 modify subobject_name not null;  

1.   
   Table altered.  
2.   
   HELLODBA.COM>select owner,object_name,subobject_name from t_test1 t1, (select /*+index(t t_test1_subo_idx)*/rowid rid from t_test1 t where rownum<=10  
3. order by subobject_name) v where t1.rowid=v.rid;  
     
4. OWNER                          OBJECT_NAME                    SUBOBJECT_NAME  
   ------------------------------ ------------------------------ ------------------------------  
5. DEMO                           NO                             A  
   DEMO                           NO                             A  
6. DEMO                           NO                             A  
   SYS                            ICOL$                          BBB  
7. SYS                            I_USER1                        BBB  
   SYS                            CON$                           BBB  
8. SYS                            UNDO$                          BBB  
   SYS                            C_COBJ#                        BBB  
9. SYS                            I_OBJ#                         BBB  
   SYS                            PROXY_ROLE_DATA$               BBB  
10.   
    10 rows selected.  
11.   
      
12. Execution Plan  
    ----------------------------------------------------------  
13. Plan hash value: 3198566056  
      
14. ------------------------------------------------------------------------------------------------  
    | Id  | Operation                   | Name             | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |  
15. ------------------------------------------------------------------------------------------------  
    |   0 | SELECT STATEMENT            |                  |    10 |   560 |    71   (0)| 00:01:11 |  
16. |   1 |  NESTED LOOPS               |                  |    10 |   560 |    71   (0)| 00:01:11 |  
    |   2 |   VIEW                      |                  |    10 |   120 |    61   (0)| 00:01:01 |  
17. |*  3 |    COUNT STOPKEY            |                  |       |       |            |          |  
    |   4 |     INDEX FULL SCAN         | T_TEST1_SUBO_IDX | 47585 |   743K|    61   (0)| 00:01:01 |  
18. |   5 |   TABLE ACCESS BY USER ROWID| T_TEST1          |     1 |    44 |     1   (0)| 00:00:02 |  
    ------------------------------------------------------------------------------------------------  
19.   
    Predicate Information (identified by operation id):  
20. ---------------------------------------------------  
      
21.    3 - filter(ROWNUM<=10)  
      
22.   
    Statistics  
23. ----------------------------------------------------------  
              0  recursive calls  
24.           0  db block gets  
             13  consistent gets  
25.           0  physical reads  
              0  redo size  
26.         681  bytes sent via SQL*Net to client  
            385  bytes received via SQL*Net from client  
27.           2  SQL*Net roundtrips to/from client  
              0  sorts (memory)  
28.           0  sorts (disk)  
29.          10  rows processed  

非空約束對連接查詢的影響    在進行數據關聯時，數據集中關聯字段是否存在空值也會影響優化器對執行計劃的選擇。我們再創建一張測試表。
SQL代碼
 

HELLODBA.COM>create table t_test2 tablespace DEMO as select * from dba_tables;  

1.   
   Table created.  
2.   
   HELLODBA.COM>alter table T_TEST2 add constraint T_TEST2_PK primary key (OWNER,TABLE_NAME) using index  tablespace DEMOTSINX;  
3.   
   Table altered.  
4.   
   HELLODBA.COM>desc t_test2  
5. Name          Null?    Type  
   -------------- -------- -----------------  
6. OWNER         NOT NULL VARCHAR2(30)  
   TABLE_NAME    NOT NULL VARCHAR2(30)  
7. TABLESPACE_NAME        VARCHAR2(30)  
   CLUSTER_NAME           VARCHAR2(30)  
8. IOT_NAME               VARCHAR2(30)  
   STATUS                 VARCHAR2(8)  
9. PCT_FREE               NUMBER  
   PCT_USED               NUMBER  
10. ...  

    再將subobject_name的非空約束去掉。
SQL代碼
 

HELLODBA.COM>alter table t_test1 modify subobject_name null;  

1.   
2. Table altered.  

    我們通過以下語句查找t_test1中subobject_name不爲table_name的數據：
SQL代碼
 

HELLODBA.COM>select t1.owner, t1.object_name, t1.subobject_name from t_test1 t1 where subobject_name not in (select table_name from t_test2 t2);  

1.   
   45135 rows selected.  
2.   
     
3. Execution Plan  
   ----------------------------------------------------------  
4. Plan hash value: 3538907136  
     
5. ------------------------------------------------------------------------------  
   | Id  | Operation          | Name    | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |  
6. ------------------------------------------------------------------------------  
   |   0 | SELECT STATEMENT   |         |  2379 | 76128 |    51   (0)| 00:00:52 |  
7. |*  1 |  FILTER            |         |       |       |            |          |  
   |   2 |   TABLE ACCESS FULL| T_TEST1 | 47585 |  1487K|    45   (0)| 00:00:46 |  
8. |*  3 |   TABLE ACCESS FULL| T_TEST2 |     1 |    18 |     6   (0)| 00:00:07 |  
   ------------------------------------------------------------------------------  
9.   
   Predicate Information (identified by operation id):  
10. ---------------------------------------------------  
      
11.    1 - filter( NOT EXISTS (SELECT /*+ */ 0 FROM "T_TEST2" "T2" WHERE  
                  LNNVL("TABLE_NAME"<>:B1)))  
12.    3 - filter(LNNVL("TABLE_NAME"<>:B1))  
      
13.   
    Statistics  
14. ----------------------------------------------------------  
            392  recursive calls  
15.           0  db block gets  
        2217674  consistent gets  
16.           0  physical reads  
              0  redo size  
17.     2329590  bytes sent via SQL*Net to client  
          33473  bytes received via SQL*Net from client  
18.        3010  SQL*Net roundtrips to/from client  
              5  sorts (memory)  
19.           0  sorts (disk)  
20.       45135  rows processed  

    可以看到，執行計劃通過添加函數LNNVL和NOT EXISTS，對數據進行過濾得到結果，性能相當低。
    注意：當邏輯表達是中的操作數可能爲空時，LNNVL函數可以判斷出該表達式的結果。
    我們再把非空約束加上，