見微知著 從Select語句看Oracle查詢原理
之前我們曾介紹過《深入SELECT語句的查詢功能》，Select語句可以說是DBA和數(shù)據(jù)庫開發(fā)者在工作中使用最多的語句之一，但這條語句是如何執(zhí)行？在Oracle數(shù)據(jù)庫中又是如何運作的呢?今天我們就從一條簡單的Select語句開始，看看Oracle數(shù)據(jù)庫后臺的運作機制。這對于我們之后的系統(tǒng)管理與故障排除非常有幫助。
第一步：客戶端把語句發(fā)給服務(wù)器端執(zhí)行。
當(dāng)我們在客戶端執(zhí)行select語句時，客戶端會把這條SQL語句發(fā)送給服務(wù)器端，讓服務(wù)器端的進(jìn)程來處理這語句。也就是說，Oracle客戶端是不會做任何的操作，他的主要任務(wù)就是把客戶端產(chǎn)生的一些SQL語句發(fā)送給服務(wù)器端。雖然在客戶端也有一個數(shù)據(jù)庫進(jìn)程，但是，這個進(jìn)程的作用跟服務(wù)器上的進(jìn)程作用事不相同的。服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫進(jìn)程才會對SQL語句進(jìn)行相關(guān)的處理。不過，有個問題需要說明，就是客戶端的進(jìn)程跟服務(wù)器的進(jìn)程是一一對應(yīng)的。也就是說，在客戶端連接上服務(wù)器后，在客戶端與服務(wù)器端都會形成一個進(jìn)程，客戶端上的我們叫做客戶端進(jìn)程;而服務(wù)器上的我們叫做服務(wù)器進(jìn)程。所以，由于所有的SQL語句都是服務(wù)器進(jìn)程執(zhí)行的，所以，有些人把服務(wù)器進(jìn)程形象地比喻成客戶端進(jìn)程的“影子”。
第二步：語句解析。
當(dāng)客戶端把SQL語句傳送到服務(wù)器后，服務(wù)器進(jìn)程會對該語句進(jìn)行解析。同理，這個解析的工作，也是在服務(wù)器端所進(jìn)行的。雖然這只是一個解析的動作，但是，其會做很多“小動作”。
1、查詢高速緩存。服務(wù)器進(jìn)程在接到客戶端傳送過來的SQL語句時，不會直接去數(shù)據(jù)庫查詢。而是會先在數(shù)據(jù)庫的高速緩存中去查找，是否存在相同語句的執(zhí)行計劃。如果在數(shù)據(jù)高速緩存中，剛好有其他人使用這個查詢語句的話，則服務(wù)器進(jìn)程就會直接執(zhí)行這個SQL語句，省去后續(xù)的工作。所以，采用高速數(shù)據(jù)緩存的話，可以提高SQL語句的查詢效率。一方面是從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)要比從硬盤中的數(shù)據(jù)文件中讀取數(shù)據(jù)效率要高，另一方面，也是因為這個語句解析的原因。
不過這里要注意一點，這個數(shù)據(jù)緩存跟有些客戶端軟件的數(shù)據(jù)緩存是兩碼事。有些客戶端軟件為了提高查詢效率，會在應(yīng)用軟件的客戶端設(shè)置數(shù)據(jù)緩存。由于這些數(shù)據(jù)緩存的存在，可以提高客戶端應(yīng)用軟件的查詢效率。但是，若其他人在服務(wù)器進(jìn)行了相關(guān)的修改，由于應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)緩存的存在，導(dǎo)致修改的數(shù)據(jù)不能及時反映到客戶端上。從這也可以看出，應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)緩存跟數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的高速數(shù)據(jù)緩存不是一碼事。
2、語句合法性檢查。
當(dāng)在高速緩存中找不到對應(yīng)的SQL語句時，則數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)程就會開始檢查這條語句的合法性。這里主要是對SQL語句的語法進(jìn)行檢查，看看其是否合乎語法規(guī)則。如果服務(wù)器進(jìn)程認(rèn)為這條SQL語句不符合語法規(guī)則的時候，就會把這個錯誤信息，反饋給客戶端。在這個語法檢查的過程中，不會對SQL語句中所包含的表名、列名等等進(jìn)行SQL他只是語法上的檢查。
3、語言含義檢查。
若SQL語句符合語法上的定義的話，則服務(wù)器進(jìn)程接下去會對語句中的字段、表等內(nèi)容進(jìn)行檢查。看看這些字段、表是否在數(shù)據(jù)庫中。如果表名與列名不準(zhǔn)確的話，則數(shù)據(jù)庫會就會反饋錯誤信息給客戶端。
所以，有時候我們寫select語句的時候，若語法與表名或者列名同時寫錯的話，則系統(tǒng)是先提示說語法錯誤，等到語法完全正確后，再提示說列名或表名錯誤。若能夠掌握這個順序的話，則在應(yīng)用程序排錯的時候，可以節(jié)省時間。
4、獲得對象解析鎖。
當(dāng)語法、語義都正確后，系統(tǒng)就會對我們需要查詢的對象加鎖。這主要是為了保障數(shù)據(jù)的一致性，防止我們在查詢的過程中，其他用戶對這個對象的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。對于加鎖的原理與方法，我在其他文章中已經(jīng)有專門敘述，在這里就略過不談了。
5、數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的核對。
當(dāng)語法、語義通過檢查之后，客戶端還不一定能夠取得數(shù)據(jù)。服務(wù)器進(jìn)程還會檢查，你所連接的用戶是否有這個數(shù)據(jù)訪問的權(quán)限。若你連接上服務(wù)器的用戶不具有數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的話，則客戶端就不能夠取得這些數(shù)據(jù)。故，有時候我們查詢數(shù)據(jù)的時候，辛辛苦苦地把SQL語句寫好、編譯通過，但是，最后系統(tǒng)返回個“沒有權(quán)限訪問數(shù)據(jù)”的錯誤信息，讓我們氣半死。這在前端應(yīng)用軟件開發(fā)調(diào)試的過程中，可能會碰到。所以，要注意這個問題，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)程先檢查語法與語義，然后才會檢查訪問權(quán)限。
6、確定最佳執(zhí)行計劃。
當(dāng)語句與語法都沒有問題，權(quán)限也匹配的話，服務(wù)器進(jìn)程還是不會直接對數(shù)據(jù)庫文件進(jìn)行查詢。服務(wù)器進(jìn)程會根據(jù)一定的規(guī)則，對這條語句進(jìn)行優(yōu)化。不過要注意，這個優(yōu)化是有限的。一般在應(yīng)用軟件開發(fā)的過程中，需要對數(shù)據(jù)庫的sql語言進(jìn)行優(yōu)化，這個優(yōu)化的作用要大大地大于服務(wù)器進(jìn)程的自我優(yōu)化。所以，一般在應(yīng)用軟件開發(fā)的時候，數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化是少不了的。
當(dāng)服務(wù)器進(jìn)程的優(yōu)化器確定這條查詢語句的最佳執(zhí)行計劃后，就會將這條SQL語句與執(zhí)行計劃保存到數(shù)據(jù)高速緩存。如此的話，等以后還有這個查詢時，就會省略以上的語法、語義與權(quán)限檢查的步驟，而直接執(zhí)行SQL語句，提高SQL語句處理效率。
第三步：語句執(zhí)行。
語句解析只是對SQL語句的語法進(jìn)行解析，以確保服務(wù)器能夠知道這條語句到底表達(dá)的是什么意思。等到語句解析完成之后，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)程才會真正的執(zhí)行這條SQL語句。
這個語句執(zhí)行也分兩種情況。一是若被選擇行所在的數(shù)據(jù)塊已經(jīng)被讀取到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的話，則服務(wù)器進(jìn)程會直接把這個數(shù)據(jù)傳遞給客戶端，而不是從數(shù)據(jù)庫文件中去查詢數(shù)據(jù)。若數(shù)據(jù)不在緩沖區(qū)中，則服務(wù)器進(jìn)程將從數(shù)據(jù)庫文件中查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)放入到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。
這里仍然要注意一點，就是Oracle數(shù)據(jù)庫中，定義了很多種類的高速緩存。像上面所說的SQL語句緩存與現(xiàn)在講的數(shù)據(jù)緩存。我們在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫的時候，需要對這些緩存有一個清晰的認(rèn)識，并了解各個種類緩存的作用。這對于我們后續(xù)數(shù)據(jù)庫維護(hù)與數(shù)據(jù)庫優(yōu)化是非常有用的。
第四步：提取數(shù)據(jù)。
當(dāng)語句執(zhí)行完成之后，查詢到的數(shù)據(jù)還是在服務(wù)器進(jìn)程中，還沒有被傳送到客戶端的用戶進(jìn)程。所以，在服務(wù)器端的進(jìn)程中，有一個專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)提取的一段代碼。他的作用就是把查詢到的數(shù)據(jù)結(jié)果返回給用戶端進(jìn)程，從而完成整個查詢動作。
從這整個查詢處理過程中，我們在數(shù)據(jù)庫開發(fā)或者應(yīng)用軟件開發(fā)過程中，需要注意以下幾點：
一是要了解數(shù)據(jù)庫緩存跟應(yīng)用軟件緩存是兩碼事情。數(shù)據(jù)庫緩存只有在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端才存在，在客戶端是不存在的。只有如此，才能夠保證數(shù)據(jù)庫緩存中的內(nèi)容跟數(shù)據(jù)庫文件的內(nèi)容一致。才能夠根據(jù)相關(guān)的規(guī)則，防止數(shù)據(jù)臟讀、錯讀的發(fā)生。而應(yīng)用軟件所涉及的數(shù)據(jù)緩存，由于跟數(shù)據(jù)庫緩存不是一碼事情，所以，應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)緩存雖然可以提高數(shù)據(jù)的查詢效率，但是，卻打破了數(shù)據(jù)一致性的要求，有時候會發(fā)生臟讀、錯讀等情況的發(fā)生。所以，有時候，在應(yīng)用軟件上有專門一個功能，用來在必要的時候清除數(shù)據(jù)緩存。不過，這個數(shù)據(jù)緩存的清除，也只是清除本機上的數(shù)據(jù)緩存，或者說，只是清除這個應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)緩存，而不會清除數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)緩存。
二是絕大部分SQL語句都是按照這個處理過程處理的。我們DBA或者基于Oracle數(shù)據(jù)庫的開發(fā)人員了解這些語句的處理過程，對于我們進(jìn)行涉及到SQL語句的開發(fā)與調(diào)試，是非常有幫助的。有時候，掌握這些處理原則，可以減少我們排錯的時間。特別要注意，數(shù)據(jù)庫是把數(shù)據(jù)查詢權(quán)限的審查放在語法語義的后面進(jìn)行檢查的。所以，有時會若光用數(shù)據(jù)庫的權(quán)限控制原則，可能還不能滿足應(yīng)用軟件權(quán)限控制的需要。此時，就需要應(yīng)用軟件的前臺設(shè)置，實現(xiàn)權(quán)限管理的要求。而且，有時應(yīng)用數(shù)據(jù)庫的權(quán)限管理，也有點顯得繁瑣，會增加服務(wù)器處理的工作量。因此，對于記錄、字段等的查詢權(quán)限控制，大部分程序涉及人員喜歡在應(yīng)用程序中實現(xiàn)，而不是在數(shù)據(jù)庫上實現(xiàn)。
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