一次由查询转换引起的性能问题的分析

作者介绍

郭成日 云和恩墨北区技术工程师

专注于SQL审核和优化相关工作。曾经服务的客户涉及金融保险、电信运营商、政府、生产制造等行业。

在优化器进行查询转换的时候，如果将内嵌视图里推入连接谓词，视图里的结果集会更小，优化器就有可能会选择Nested Loops Join 与 Index Range Scan 的方式加快数据的显示。但如果内嵌视图中存在GROUP BY，此时会发生什么情况？在10g和11g里面，Oracle的处理方式有哪些不同？

问题分析

为了解答以上问题，首先需要对SQL的基本语法与查询转换（QueryTransformation）的概念与原理有一定了解。

Oracle优化器可以分为下面两种：

• Logical Optimizer：是对用户编写的SQL使其转换成让优化器更容易理解的方式的过程。也叫查询转换（QueryTransformation）。
• Physical Optimizer：对经过Logical Optimizer 转换的SQL，计算成本（Cost），评估并选择最优成本的执行计划的过程。也叫查询优化（Query Optimization）。

基于预估行数或成本选择最优的执行计划的技术，即物理优化器（PhysicalOptimizer） 相关的技术介绍有很多。比如，选择索引还是选择全表扫描、选择Nested Loops Join 还是选择Hash Join 等等都属于这个范畴。使用提示（Hint）改变执行计划也属于这个范畴。但是，相对于查询转换（Query Transformation）相关技术的介绍，与其重要度相比相关技术的介绍就比较少。今天要说明的就是查询转换相关的问题。

这次的问题是内嵌视图中存在GROUP BY时，连接条件谓词无法推入到内嵌视图里。（该问题只是在Oracle 10g里的限制，Oracle 11g已经不存在此问题。）客户正好使用的是10g系统，通过此次问题的分析，可以掌握查询转换问题的基本思路与方法。

测试环境

生成如下表 T1、T2、T3，并插入数据，每个表插入10,000行数据。之后，分别对3个表创建第一个字段C1列的单列索引。最后，收集统计信息。

案列1：GROUP BY 与 Join Predicate Pushing

Oracle 版本是 10.2.0.1的情况。

下面我们看一下内嵌视图里存在GROUPBY时，连接条件谓词无法推入的情况。

以上执行计划分析如下：

• ID：6，从这里可以看到优化器进行视图合并（View Merge）失败，这是因为内嵌视图里存在ORDER BY的缘故。
• 连接谓词"T1"."C2"=1，没有进入到内嵌视图内部，即谓词推入失败。优化器把V1视图看成完全独立的查询块（Query Block）。
• 所以，内嵌视图内部对表T3进行了Full Table Scan，以及对其结果进行Hash Join。

优化器进行视图合并失败时，首先会尝试进行连接条件谓词推入（JoinPredicate Pushing）。上面的SQL文本里可以看到，T1、T2、V1之间存在连接，且存在"T1"."C2"=1，所以满足谓词推入的条件。如果，根据条件"T1"."C2"=1能过滤出很少的结果集，那么谓词推入的效果是相当明显，进一步就可以选择Nest Loops Join ，从而可以用最少的资源得到想要的结果集。

是什么原因导致了谓词推入失败？

下面我们看下在Oracle 11g的情况。

可以看到，执行计划完全改变：

• ID：6，可以看到VIEW PUSHED PREDICAT，说明优化器进行视图合并（View Merge）失败。
• 但是，从VIEW PUSHED PREDICAT字面可以理解，连接条件谓词推入成功。
• ID：9的Predicate Information 里可以看到access("C1"="T2"."C1")，这也进一步说明外面的条件已经进入到视图内部。
• 所以，因谓词推入的缘故，对表T3出现了INDEX RANGE SCAN，以及对T3的结果集的处理外部选择了NESTED LOOPS JOIN。

这个是因为Oracle 版本的升级解决了老版本优化器的一些限制的典型案例。这种新功能增加往往会带来隐含参数的增加。此处也不例外，请记住这个隐含参数_optimizer_extend_jppd_view_types。如下，可以看到这个隐含参数。

我们可以利用提示（Hint）关闭这个参数，看看会产生什么结果。

可以看到，关闭相应隐含参数的时候，执行计划回到了Oracle 10g时候的样子，即没有进行连接条件的谓词推入。

可以亲眼确认查询转换过程的方法是使用10053的事件。通过10053事件我们推测一下在Oracle10g和Oracle11g里区别是什么。

首先，可以通过Legend了解到产生了哪种查询转换。

可以看到，Oracle 11g里比Oracle 10g 使用了更多的查询转换。Oracle每次的版本更新都会带来查询转换领域的不断更新。

内嵌视图的查询块（SEL$2）里存在ORDER BY语句，所以视图合并失败。这个是两个版本都相同的地方。但是，有趣的是使用的方式不同，Oracle 10g里使用了CVM（Complex ViewMerge），Oracle11g里使用的是SVM（Simple Viewer Merge），说明因版本的升级Oracle里视图合并的基准改变了。

下面的信息可以明确的看到，Oracle 10g里尝试把主查询块（SEL$1）里存在的连接谓词（Join Predicate）推入到内嵌视图的查询块（SEL$2）里，但是因为GROUP BY 语句失败了。

但是，从下面信息中可以看到，在Oracle 11g里连接谓词推入（Join Predicate Push）成功了。这时，通过CBQT（Cost Based Query Transformation）即基于代价的查询转换计算成本（Cost Based），之后判断是否使用连接谓词推入。

从上面的信息中可以看到，连接谓词推入成功。

这个问题虽然看起来很简单， 但是里面使用到的知识点非常得多。对查询转换没有一个基本的理解与认识，对复制SQL语句的调优，会觉得比较困难。下面请再看一个例子。

案列2：UNION ALL 与 Join Predicate Pushing

对存在UNION ALL 语句的视图进行连接谓词推入，也是一个比较常见的情况。

首先，看一个连接谓词推入成功的例子。

可以看到，执行计划里的信息如下：

• ID：3，可以看到包含UNION ALL 的内嵌视图优化器尝试进行视图合并（View Merge）失败。
• ID：4，可以看到从UNION ALL PUSHED PREDICATE，连接条件谓词推入成功。
• 所以，因谓词推入的成功缘故，ID：5和6出现了不是FullTable Scan的 Index RangeScan，出现了更加优越的执行计划。

也就是说，内嵌视图外面的条件"C1"="T3"."C1"推入到UNION ALL视图内部，从而产生了更加优越的执行计划。因为根据条件T3.C2 BETWEEN 1 AND 5 会对T3表产生少量的结果集。所以，后面跟着出现了 Nested Loops Join的情况，这个的前提是连接条件"C1"="T3"."C1"能够推入到视图里，并且选择了Index Range Scan的时候。

如果，使用提示 NO_PUSH_PRED ，防止连接条件谓词推入的发生会怎么样？

下面请再看一下：

从执行计划中可以看到，没有对UNOIN ALL 视图的谓词推入。所以，在ID：5和6选择了非 IndexRange Scan的 Full TableScan。之后，外面也是选择了非NestedLoops Join的 Hash Join。

是否产生连接谓词推入，要看其成本（Cost）是多少，决定权在CBQT（Cost Based Query Transformation）。如果，优化器判断连接谓词推入的成本更高，即使能做谓词推入也不会选择谓词推入。下面我们再看一个例子。把条件换成T3.C2 BETWEEN 1 AND 100 的时候，被选择的行数会增加，有可能会判断出Nested Loops Join的成本会更高。所以，连接谓词推入有可能不会出现。

此次，还可以继续做几个有趣的测试。一般提示FIRST_ROWS是为了让执行计划产生能够快速显示头几行的执行计划而使用。所以，一般内部会倾向于选择Nested Loops Join而非Hash Join，也倾向于选择Index Range Scan 而非Table Full Scan。所以，上面的例子如果加上FIRST_ROWS提示的时候，会有很大几率选择连接谓词推入。结果也确实如下所示。

那么，如果使用提示FIRST_ROWS(1)会如何呢？

FIRST_ROWS（N）提示与FIRST_ROWS不同，是要求快速显示头N行时，产生的执行计划。与FIRST_ROWS提示不同，FIRST_ROWS（N）提示是基于成本的，而非基于规则，即计算N行成本以后选择执行计划。所以，与FIRST_ROWS相比更灵活，但也更不好预测其执行计划的结果。下面可以看到，选择了一个全新的执行计划。

如果，正确理解了连接谓词推入的原理的话，可以使用如下提示LEADING、USE_NL得到相同的结果。选择的路线（PUSH_PRED 与 LEADING + USE_NL）不一样，但是目的地（因谓词推入而选择Index Range Scan与Nested Loops Join）是相同的。

总结

我们看了几个在查询转换（Query Transformation）中非常典型的连接谓词推入的例子。希望在实践中不断进行尝试，来加深对查询转换的理解。优化过程中，经常会问自己为什么不选择索引呢？今后，希望再加上两个问题问自己，为什么不进行谓词推入呢？为什么不进行视图合并呢？对查询转换的认识越深，对执行计划的理解也会变得越来越深，对SQL优化也会变得加更体系化。