Oracle开发者性能课第7课（Join如何工作）实验

概述

本实验参考DevGym中的实验指南。

创建环境

创建表card_deck ，就一张表：

create table card_deck (pk      integer,val     varchar2(10),suit    varchar2(10),damaged varchar2(1),notes   varchar2(200)
) pctfree 75;insert into card_deck ( pk, val, suit, damaged, notes )select level,case mod(rownum, 13)+1when 1 then 'Ace'when 11 then 'Jack'when 12 then 'Queen'when 13 then 'King'else to_char(mod(rownum, 13)+1)end case, case ceil(rownum/13)when 1 then 'spades'when 2 then 'clubs'when 3 then 'hearts'when 4 then 'diamonds'end case, casewhen mod ( rownum, 10 ) = 1 then 'Y'else 'N'end damaged, casewhen rownum = 1 then 'SQL is awesome!'else dbms_random.string ( 'a', 200 )end notesfrom   dualconnect by level <= 52order  by dbms_random.value;commit;-- 结果为6，表示损坏牌的数量
select count(*) from card_deck
where  damaged = 'Y';exec dbms_stats.gather_table_stats ( null, 'card_deck', options => 'gather auto' ) ;

查看数据，总共52行，就是1副牌4中花色，但没有大小王：

SELECTpk,val,suit,damaged
FROMcard_deck
ORDER BYsuit,pk;PK      VAL        SUIT    DAMAGED
_____ ________ ___________ __________14 2        clubs       N15 3        clubs       N16 4        clubs       N17 5        clubs       N18 6        clubs       N19 7        clubs       N20 8        clubs       N21 9        clubs       Y22 10       clubs       N23 Jack     clubs       N24 Queen    clubs       N25 King     clubs       N26 Ace      clubs       N40 2        diamonds    N41 3        diamonds    Y42 4        diamonds    N43 5        diamonds    N44 6        diamonds    N45 7        diamonds    N46 8        diamonds    N47 9        diamonds    N48 10       diamonds    N49 Jack     diamonds    N50 Queen    diamonds    N51 King     diamonds    Y52 Ace      diamonds    N27 2        hearts      N28 3        hearts      N29 4        hearts      N30 5        hearts      N31 6        hearts      Y32 7        hearts      N33 8        hearts      N34 9        hearts      N35 10       hearts      N36 Jack     hearts      N37 Queen    hearts      N38 King     hearts      N39 Ace      hearts      N1 2        spades      Y2 3        spades      N3 4        spades      N4 5        spades      N5 6        spades      N6 7        spades      N7 8        spades      N8 9        spades      N9 10       spades      N10 Jack     spades      N11 Queen    spades      Y12 King     spades      N13 Ace      spades      N52 rows selected.

注意几个术语，deck指一副，suit指花色，有hearts, clubs, diamonds and spades，即红桃，梅花，方片和黑桃。

简介

我们已经知道有3种Join方法：

Hash Joins
(Sort) Merge Joins
Nested Loops

Hash Join（哈希联结）

进行哈希连接的步骤是：

返回较小数据集中的所有行
使用这些行的联结列构建哈希表
读取第二个表（通常是大表）中的行
通过对第二个表的联结列应用相同的哈希函数来探测在步骤 2 中构建的哈希表
如果在哈希表中找到匹配的条目，则数据库将联结的行传递给执行计划的下一步

通常，小的数据集也称为outer table，dimension table，build端；第二个表则称为inner table，fact table和probe端。

看一个示例，注意执行计划中的HASH JOIN关键字：

select /*+ gather_plan_statistics */count(*)
from   card_deck d1
join   card_deck d2
on     d1.suit = d2.suit
and    d1.val = d2.val;COUNT(*)
___________52select * from   table(dbms_xplan.display_cursor(format => 'IOSTATS LAST'));PLAN_TABLE_OUTPUT
______________________________________________________________________________________________
SQL_ID  cbf4m3nuqx3yb, child number 0
-------------------------------------
select /*+ gather_plan_statistics */count(*) from   card_deck d1 join
card_deck d2 on     d1.suit = d2.suit and    d1.val = d2.valPlan hash value: 656221691-------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation           | Name      | Starts | E-Rows | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
-------------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT    |           |      1 |        |      1 |00:00:00.01 |      30 |
|   1 |  SORT AGGREGATE     |           |      1 |      1 |      1 |00:00:00.01 |      30 |
|*  2 |   HASH JOIN         |           |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      30 |
|   3 |    TABLE ACCESS FULL| CARD_DECK |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      15 |
|   4 |    TABLE ACCESS FULL| CARD_DECK |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      15 |
-------------------------------------------------------------------------------------------Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------2 - access("D1"."SUIT"="D2"."SUIT" AND "D1"."VAL"="D2"."VAL")22 rows selected.

只有当联结列为等值查询（例如d1.suit = d2.suit）时才会考虑哈希联结，在此前提下，优化器在以下情形倾向于选择哈希联结：

大数据集或
小表中的大多数行或
两个表的联结列上都没有索引

合并联结

也称为排序合并联结，其算法是：

对第一个数据集中的行进行排序
对第二个数据集中的行进行排序
对于第一个数据集中的每一行，在第二个数据集中找到一个起始行
读取第二个数据集，直到在第一个数据集中找到值大于当前行的行（即截止行）
读取第一个数据集中的下一行并重复整个过程

例如，注意执行计划中的 MERGE JOIN 关键字：

select /*+ gather_plan_statistics */count(*)
from   card_deck d1
join   card_deck d2
on     d1.suit < d2.suit
and    d1.val < d2.val;COUNT(*)
___________468select * from   table(dbms_xplan.display_cursor(format => 'IOSTATS LAST'));PLAN_TABLE_OUTPUT
________________________________________________________________________________________________
SQL_ID  5b61gmfg4zb28, child number 0
-------------------------------------
select /*+ gather_plan_statistics */count(*) from   card_deck d1 join
card_deck d2 on     d1.suit < d2.suit and    d1.val < d2.valPlan hash value: 4075068009---------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation             | Name      | Starts | E-Rows | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
---------------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT      |           |      1 |        |      1 |00:00:00.01 |      30 |
|   1 |  SORT AGGREGATE       |           |      1 |      1 |      1 |00:00:00.01 |      30 |
|   2 |   MERGE JOIN          |           |      1 |    468 |    468 |00:00:00.01 |      30 |
|   3 |    SORT JOIN          |           |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      15 |
|   4 |     TABLE ACCESS FULL | CARD_DECK |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      15 |
|*  5 |    FILTER             |           |     52 |        |    468 |00:00:00.01 |      15 |
|*  6 |     SORT JOIN         |           |     52 |     52 |   1014 |00:00:00.01 |      15 |
|   7 |      TABLE ACCESS FULL| CARD_DECK |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      15 |
---------------------------------------------------------------------------------------------Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------5 - filter("D1"."VAL"<"D2"."VAL")6 - access("D1"."SUIT"<"D2"."SUIT")filter("D1"."SUIT"<"D2"."SUIT")27 rows selected.

请注意，数据库读取第二个表一次（第 7 行 Starts = 1）。但是对第一个表中的每一行运行一次 BUFFER SORT（第 6 行的Starts = 52）。

优化器可以在以下情况下选择合并连接：

联结使用范围比较（<、>=、between等）
等值联接 (=) 并且其中一个数据集已经排序，从而使数据库能够避免排序

排序很慢，因此优化器很少使用合并连接。

索引是有序的数据结构。因此，如果一个表的联结列上一有索引，优化器可以使用它来避免排序。Oracle 数据库将始终对第二个数据集进行排序，即使在它的联结列上已有索引。

嵌套循环联结

其过程为：

从第一个（outer）数据集中读取行
对于此中的每一行，查询第二个（inner）数据集以获取匹配行
重复直到从外部表读取所有行

例如，注意执行计划中的NESTED LOOPS关键字：

select /*+ gather_plan_statistics */count(*)
from   card_deck d1
join   card_deck d2
on     d1.suit <> d2.suit
and    d1.val <> d2.val;COUNT(*)
___________1872select * from   table(dbms_xplan.display_cursor(format => 'IOSTATS LAST'));PLAN_TABLE_OUTPUT
______________________________________________________________________________________________
SQL_ID  021zt1s6h3gvw, child number 0
-------------------------------------
select /*+ gather_plan_statistics */count(*) from   card_deck d1 join
card_deck d2 on     d1.suit <> d2.suit and    d1.val <> d2.valPlan hash value: 1266070232-------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation           | Name      | Starts | E-Rows | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
-------------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT    |           |      1 |        |      1 |00:00:00.01 |     795 |
|   1 |  SORT AGGREGATE     |           |      1 |      1 |      1 |00:00:00.01 |     795 |
|   2 |   NESTED LOOPS      |           |      1 |   1872 |   1872 |00:00:00.01 |     795 |
|   3 |    TABLE ACCESS FULL| CARD_DECK |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      15 |
|*  4 |    TABLE ACCESS FULL| CARD_DECK |     52 |     36 |   1872 |00:00:00.01 |     780 |
-------------------------------------------------------------------------------------------Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------4 - filter(("D1"."SUIT"<>"D2"."SUIT" AND "D1"."VAL"<>"D2"."VAL"))22 rows selected.

注意每次读取第1张表的一行时，第2张表都需要做52次全表扫描。

优化器可能在以下情况下选择嵌套循环联结：

与小数据集联结
获取大数据集的一小部分行
内表的查询是高效的（例如它的联结列上有索引）
所有的联结条件都是不等式（!=）

笛卡尔（Cartesian）合并联结

通常发生在Cross Join（笛卡尔联结）时，例如，注意执行计划中的MERGE JOIN CARTESIAN关键字：

select /*+ gather_plan_statistics */count(*)
from   card_deck d1
cross join card_deck d2;COUNT(*)
___________2704
-- 2704是52的平方select * from   table(dbms_xplan.display_cursor (format => 'IOSTATS LAST'));PLAN_TABLE_OUTPUT
________________________________________________________________________________________________
SQL_ID  8jg5afrgunsx9, child number 0
-------------------------------------
select /*+ gather_plan_statistics */count(*) from   card_deck d1 cross
join card_deck d2Plan hash value: 1809085648---------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation             | Name      | Starts | E-Rows | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
---------------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT      |           |      1 |        |      1 |00:00:00.01 |      30 |
|   1 |  SORT AGGREGATE       |           |      1 |      1 |      1 |00:00:00.01 |      30 |
|   2 |   MERGE JOIN CARTESIAN|           |      1 |   2704 |   2704 |00:00:00.01 |      30 |
|   3 |    TABLE ACCESS FULL  | CARD_DECK |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      15 |
|   4 |    BUFFER SORT        |           |     52 |     52 |   2704 |00:00:00.01 |      15 |
|   5 |     TABLE ACCESS FULL | CARD_DECK |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      15 |
---------------------------------------------------------------------------------------------18 rows selected.

这种联结比较少见，而且通常表示有问题。

Top-N 查询

例如。优化器选择了哈希联结，因为在联结列上没有索引：

select /*+ gather_plan_statistics */ d1.pk, d1.val, d1.suit, d1.damaged
from   card_deck d1
join   card_deck d2
on     d1.suit = d2.suit
and    d1.val = d2.val
order  by d1.val
fetch  first 5 rows only;PK    VAL        SUIT    DAMAGED
_____ ______ ___________ __________9 10     spades      N35 10     hearts      N22 10     clubs       N48 10     diamonds    N27 2      hearts      Nselect * from   table(dbms_xplan.display_cursor (format => 'IOSTATS LAST'));PLAN_TABLE_OUTPUT
___________________________________________________________________________________________________
SQL_ID  bd52xdx1fbpr5, child number 0
-------------------------------------
select /*+ gather_plan_statistics */ d1.pk, d1.val, d1.suit, d1.damaged
from   card_deck d1 join   card_deck d2 on     d1.suit = d2.suit and
d1.val = d2.val order  by d1.val fetch  first 5 rows onlyPlan hash value: 905561733------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                | Name      | Starts | E-Rows | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
------------------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT         |           |      1 |        |      5 |00:00:00.01 |      30 |
|*  1 |  VIEW                    |           |      1 |      5 |      5 |00:00:00.01 |      30 |
|*  2 |   WINDOW SORT PUSHED RANK|           |      1 |     52 |      5 |00:00:00.01 |      30 |
|*  3 |    HASH JOIN             |           |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      30 |
|   4 |     TABLE ACCESS FULL    | CARD_DECK |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      15 |
|   5 |     TABLE ACCESS FULL    | CARD_DECK |      1 |     52 |     52 |00:00:00.01 |      15 |
------------------------------------------------------------------------------------------------Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------1 - filter("from$_subquery$_004"."rowlimit_$$_rownumber"<=5)2 - filter(ROW_NUMBER() OVER ( ORDER BY "D1"."VAL")<=5)3 - access("D1"."SUIT"="D2"."SUIT" AND "D1"."VAL"="D2"."VAL")26 rows selected.

由于在联结列上没有索引，这也意味着在从第二个表中读取任何行之前，必须先读取一个表中的所有行（构建哈希表）。

如果在联结列上建立索引：

create index card_val_suit_i on card_deck ( val, suit );

重新查询，这一次选择了嵌套循环联结：

select /*+ gather_plan_statistics */ d1.pk, d1.val, d1.suit, d1.damaged
from   card_deck d1
join   card_deck d2
on     d1.suit = d2.suit
and    d1.val = d2.val
order  by d1.val
fetch  first 5 rows only;PK    VAL        SUIT    DAMAGED
_____ ______ ___________ __________22 10     clubs       N48 10     diamonds    N35 10     hearts      N9 10     spades      N14 2      clubs       Nselect * from   table(dbms_xplan.display_cursor (format => 'IOSTATS LAST'));PLAN_TABLE_OUTPUT
_______________________________________________________________________________________________________________
SQL_ID  bd52xdx1fbpr5, child number 1
-------------------------------------
select /*+ gather_plan_statistics */ d1.pk, d1.val, d1.suit, d1.damaged
from   card_deck d1 join   card_deck d2 on     d1.suit = d2.suit and
d1.val = d2.val order  by d1.val fetch  first 5 rows onlyPlan hash value: 564418228------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                      | Name            | Starts | E-Rows | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT               |                 |      1 |        |      5 |00:00:00.01 |      10 |
|*  1 |  VIEW                          |                 |      1 |      5 |      5 |00:00:00.01 |      10 |
|*  2 |   WINDOW NOSORT STOPKEY        |                 |      1 |      5 |      5 |00:00:00.01 |      10 |
|   3 |    NESTED LOOPS                |                 |      1 |      5 |      5 |00:00:00.01 |      10 |
|   4 |     TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| CARD_DECK       |      1 |     52 |      5 |00:00:00.01 |       7 |
|   5 |      INDEX FULL SCAN           | CARD_VAL_SUIT_I |      1 |      5 |      5 |00:00:00.01 |       2 |
|*  6 |     INDEX RANGE SCAN           | CARD_VAL_SUIT_I |      5 |      1 |      5 |00:00:00.01 |       3 |
------------------------------------------------------------------------------------------------------------Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------1 - filter("from$_subquery$_004"."rowlimit_$$_rownumber"<=5)2 - filter(ROW_NUMBER() OVER ( ORDER BY "D1"."VAL")<=5)6 - access("D1"."VAL"="D2"."VAL" AND "D1"."SUIT"="D2"."SUIT")27 rows selected.

优化器选择嵌套循环而不是散列连接，因为它知道查询最多返回五行。嵌套循环可以在从外表读取行后立即搜索内表中的行。另外，注意注意执行计划种的A-Rows是5，而非哈希联结中的52。

嵌套循环可以在只读取外部表中的一行后即开始读取内部表中的行。如果内表的查找速度很快，这意味着它可以比哈希联结更快地开始返回行。

这使得嵌套循环成为获取大数据集的一小部分数据的最佳方式。例如，执行 top-N 查询或 master-detail join （订单表到订单项表）。

适应性计划（Adaptive Plans）

适应性计划是指可以在运行时改变执行计划。详见这里。
例如：

select /*+ gather_plan_statistics */*
from   card_deck d1
join   card_deck d2
on     d1.val = d2.val
where  d1.notes = 'SQL is awesome!';PK    VAL      SUIT    DAMAGED              NOTES    PK    VAL        SUIT    DAMAGED                                                                                                                                                                                                       NOTES
_____ ______ _________ __________ __________________ _____ ______ ___________ __________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1 2      spades    Y          SQL is awesome!       14 2      clubs       N          ReaRscjpOVHYJOmxRlzyvTGZwbAPElRMCcCwPbtYRREmqGsxGjHzUTrNFbhwOBBQxKUZqgWiDEkmazXCKHOZFIZIDjsdcvoPbYLgnOgJnslvTOQQiwVTJbYAtMCSbKyfcwTNODMxzAUYWqYlfOxmWNQVlOzOZepPoEJhRdNiwqsfRxmZbAFxYOANKScniCNoFdGoTmUc   1 2      spades    Y          SQL is awesome!       40 2      diamonds    N          MTdBmiDupIuVlvZczeslyoSpCOaPMJbcejoTCHlSNUuCCQBkStcVdTpPhERzrfXTsjpoCKuMynoBFTaVIDkpdRsMoGTumImFEjrFbvwRhRWimPkpHCpUxPggqIipSgRDXfGgOWmpUHYPhcCwJIOjXSmurZuucOUEwcPBmXfcJOkericzRxZqzEyPFBbqlHtRjoQUzhYT   1 2      spades    Y          SQL is awesome!       27 2      hearts      N          OXYIRJlcLNOeHoRtboBoAKYxdmOGbYEskzjtNgNyrMSKmMWXNQJKKRjrKnPshpVwMxXUVfsTATymWuUrDYRmqnkvnylvWjvEJpfHrOqOkIxhMEiNLgeYdGrAwJQrOnYKJeuOILFngOTDrTIzfQUApmFGzvzGCOZtmrwVPoBsuybVZAzbZkrDadQIZtUKaehTFQYHIKra   1 2      spades    Y          SQL is awesome!        1 2      spades      Y          SQL is awesome! select * from   table(dbms_xplan.display_cursor (format => 'IOSTATS LAST'));PLAN_TABLE_OUTPUT
_____________________________________________________________________________________________________________
SQL_ID  cp2staqfc9u2r, child number 0
-------------------------------------
select /*+ gather_plan_statistics */* from   card_deck d1 join
card_deck d2 on     d1.val = d2.val where  d1.notes = 'SQL is awesome!'Plan hash value: 747631426----------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                    | Name            | Starts | E-Rows | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT             |                 |      1 |        |      4 |00:00:00.01 |      21 |
|   1 |  NESTED LOOPS                |                 |      1 |      4 |      4 |00:00:00.01 |      21 |
|   2 |   NESTED LOOPS               |                 |      1 |      4 |      4 |00:00:00.01 |      17 |
|*  3 |    TABLE ACCESS FULL         | CARD_DECK       |      1 |      1 |      1 |00:00:00.01 |      15 |
|*  4 |    INDEX RANGE SCAN          | CARD_VAL_SUIT_I |      1 |      4 |      4 |00:00:00.01 |       2 |
|   5 |   TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| CARD_DECK       |      4 |      4 |      4 |00:00:00.01 |       4 |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------3 - filter("D1"."NOTES"='SQL is awesome!')4 - access("D1"."VAL"="D2"."VAL")Note
------ this is an adaptive plan28 rows selected.

由于表中只有一行存储了“SQL is awesome!”，因此查询使用嵌套循环。
执行计划Note部分表明这是一个适应性计划。

想知道优化器实际的必选过程，可以添加+ADAPTIVE关键字查看：

select /*+ gather_plan_statistics */*
from   card_deck d1
join   card_deck d2
on     d1.val = d2.val
where  d1.notes = 'SQL is awesome!';select * from   table(dbms_xplan.display_cursor(format => 'IOSTATS LAST +ADAPTIVE'));PLAN_TABLE_OUTPUT
________________________________________________________________________________________________________________
SQL_ID  cp2staqfc9u2r, child number 0
-------------------------------------
select /*+ gather_plan_statistics */* from   card_deck d1 join
card_deck d2 on     d1.val = d2.val where  d1.notes = 'SQL is awesome!'Plan hash value: 747631426-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|   Id  | Operation                     | Name            | Starts | E-Rows | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|     0 | SELECT STATEMENT              |                 |      1 |        |      4 |00:00:00.01 |      22 |
|- *  1 |  HASH JOIN                    |                 |      1 |      4 |      4 |00:00:00.01 |      22 |
|     2 |   NESTED LOOPS                |                 |      1 |      4 |      4 |00:00:00.01 |      22 |
|     3 |    NESTED LOOPS               |                 |      1 |      4 |      4 |00:00:00.01 |      18 |
|-    4 |     STATISTICS COLLECTOR      |                 |      1 |        |      1 |00:00:00.01 |      16 |
|  *  5 |      TABLE ACCESS FULL        | CARD_DECK       |      1 |      1 |      1 |00:00:00.01 |      16 |
|  *  6 |     INDEX RANGE SCAN          | CARD_VAL_SUIT_I |      1 |      4 |      4 |00:00:00.01 |       2 |
|     7 |    TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| CARD_DECK       |      4 |      4 |      4 |00:00:00.01 |       4 |
|-    8 |   TABLE ACCESS FULL           | CARD_DECK       |      0 |      4 |      0 |00:00:00.01 |       0 |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------1 - access("D1"."VAL"="D2"."VAL")5 - filter("D1"."NOTES"='SQL is awesome!')6 - access("D1"."VAL"="D2"."VAL")Note
------ this is an adaptive plan (rows marked '-' are inactive)32 rows selected.

这与标准执行计划有一些主要区别：

该计划同时包括 NESTED LOOPS 和 HASH JOIN 操作
计划中第一张表上方有一个STATISTICS COLLECTOR操作
减号 (’-’) 出现在计划中的某些步骤之前，表示这些步骤没有被执行。对应的Starts列通常为空或0

选择的依据在于统计收集器（Statistics Collector），此操作监视从其下方的表中输出的行数。如果此数字保持在阈值以下，优化器将使用嵌套循环。否则将切换到哈希联结。

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