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本篇文章的議題如下：
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- 查詢計劃概述
- 查詢解析
- 查詢優(yōu)化器
- 查詢執(zhí)行
- 查詢計劃的重用
查詢計劃概述
很多時候，當(dāng)我們在使用sql server的時候，做的事情非常簡單：輸入sql語句，然后執(zhí)行，最后獲取結(jié)果。下面，為了使得大家更加清楚的了解Sql server的內(nèi)部機(jī)制，我們就重新來審視一個sql語句的執(zhí)行。
把sql語句提到給了之后，數(shù)據(jù)庫會執(zhí)行一系列的內(nèi)部處理，我們大致的可將內(nèi)部的處理按照執(zhí)行的順序，劃分為兩個階段：
- 發(fā)生在關(guān)系引擎中的操作
- 發(fā)生在存儲引擎中的操作
在數(shù)據(jù)庫的關(guān)系引擎中，sql 的查詢語句會解析并且將解析的結(jié)果傳遞給后面的查詢優(yōu)化器，查詢優(yōu)化器負(fù)責(zé)生成執(zhí)行計劃。之后，執(zhí)行計劃(以二級制的格式)就會被傳遞到存儲引擎里面，最后返回或更新底層的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)庫的存儲引擎會進(jìn)行很多的操作，例如鎖定，索引的維護(hù)，事務(wù)的處理等。
因?yàn)楸鞠盗形恼轮饕钠饰鰣?zhí)行計劃，所以我們的關(guān)注點(diǎn)會放在關(guān)系引擎上面。
下面，我們就來稍微詳細(xì)的討論一個sql查詢語句的執(zhí)行過程。
查詢解析
正如我們剛剛提到過：當(dāng)把一個sql語句提交到了數(shù)據(jù)庫以后，sql語句最先會被傳入到關(guān)系引擎中。
當(dāng)sql語句達(dá)到了關(guān)系引擎之后，首先要進(jìn)行的操作就是檢查sql語句的格式是否正確。這個處理過程就是我們常說的“解析”過程。解析過程的結(jié)果就是生成一個解析樹，或者稱為查詢樹。查詢樹反映了一個查詢要執(zhí)行的邏輯步驟，查詢樹的結(jié)構(gòu)類似下面圖中所示：
其實(shí)從編譯原理的角度來看，這個解析過程就是文法和詞法的解析，最后生成語法樹。
有一點(diǎn)需要注意的就是：如果提交的sql語句不是一個數(shù)據(jù)操作語句(數(shù)據(jù)操作語句指Select，Insert，Update語句)，那么這個語句是不會被優(yōu)化的。例如，如果提交的sql語句是創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)表，那么這個語句是不會被優(yōu)化的，而是直接執(zhí)行。
如果提交的數(shù)據(jù)操作語句，那么之前由關(guān)系引擎創(chuàng)建的解析樹就會傳遞給algebrizer組件執(zhí)行綁定過程。在這個綁定過程過程中，這個algebrizer組件就會去檢查解析樹中的表名，列名是否都關(guān)聯(lián)到了數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的表或?qū)ο蟮囊谩?/p>
同時，algebrizer組件還負(fù)責(zé)確定解析樹中的每個節(jié)點(diǎn)的類型是否和數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的是否一致。algebrizer組件以從下到上的方式開始遍歷樹，即，先從頁級節(jié)點(diǎn)開始，也就是列和常量。
綁定解析是一個非常重要的過程，在這個過程中還會識別出我們自己定義的一些別名。這個過程執(zhí)行完成之后，就會產(chǎn)生一個二進(jìn)制的“查詢處理樹”，這個樹會被傳遞給查詢優(yōu)化器。
查詢優(yōu)化器
查詢優(yōu)化器使用查詢處理樹和相關(guān)的統(tǒng)計信息來生成一個執(zhí)行計劃。
換句話說，查詢優(yōu)化器指出了如何最好的去執(zhí)行提交的sql語句。查詢優(yōu)化器會決定是否可以采用索引來訪問數(shù)據(jù)，采用那種類型的join操作會更好(例如，盡管我們有時候在sql中寫的是Left Join，可能查詢優(yōu)化器在分析之后，在保證結(jié)果一樣的前提下，采用Inner Join)。
查詢優(yōu)化器是一個基本成本分析的優(yōu)化器。這意味著它會嘗試為每個sql語句生成成本最低的執(zhí)行計劃。
另外，我們來歸對于優(yōu)化器所用到的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行簡要的解析。所謂的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，就是在數(shù)據(jù)庫中描述列、索引相關(guān)信息的數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，或稱之為“元數(shù)據(jù)”。優(yōu)化器就是結(jié)合統(tǒng)計數(shù)據(jù)和查詢處理樹來進(jìn)行成本的估計的。
在默認(rèn)的情況下，統(tǒng)計信息是由數(shù)據(jù)庫內(nèi)部自動的進(jìn)行更新的(在調(diào)優(yōu)的時候，可以手動的更新)。
需要提及的就是：表變量是沒有任何的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的，也就是說，如果對表變量中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，優(yōu)化器是不做任何的優(yōu)化的。但是臨時表是有相應(yīng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的。
有一點(diǎn)需要注意的就是：上面的成本只是“估算”而已。一些復(fù)雜的語句可能會有很多個候選的執(zhí)行計劃，在這種情況下，查詢優(yōu)化器不會分析所有的組合，而是找出一個接近理論最小值的一個執(zhí)行計劃。計劃的成本表現(xiàn)為估計完成查詢所需的時間。最低估計成本不一定是最低的資源成本。
查詢執(zhí)行
一旦執(zhí)行計劃生成之后，操作就轉(zhuǎn)入存儲引擎中，這也是查詢真正被執(zhí)行的地方，也是根據(jù)估計執(zhí)行計劃 產(chǎn)生實(shí)際執(zhí)行計劃的產(chǎn)所。
查詢計劃的重用
從之前的一些步驟可以看到：Sql Server產(chǎn)生一個實(shí)際的執(zhí)行計劃需要很多的步驟和很多的成本(執(zhí)行計劃的過度編譯往往成為一個很大的性能問題)，必須盡可能的重用執(zhí)行計劃(如果后文不做特殊說明，執(zhí)行計劃就指代“實(shí)際執(zhí)行計劃”)，所以，在數(shù)據(jù)庫中，一旦執(zhí)行計劃產(chǎn)生之后，就被緩存在了內(nèi)存中(稱之為計劃緩沖)。
正如之前所提到的，當(dāng)優(yōu)化器產(chǎn)生了估計的執(zhí)行計劃之后，計劃就會被傳遞給存儲引擎。其實(shí)在將估計的執(zhí)行計劃傳給存儲引擎之前，查詢優(yōu)化器就去“計劃緩沖” 中查找與現(xiàn)在估計的執(zhí)行計劃對應(yīng)的實(shí)際執(zhí)行計劃。如果找到了，那么，查詢優(yōu)化器將會使用執(zhí)行計劃傳進(jìn)行后續(xù)操作。這樣就避免了重新生成實(shí)際的執(zhí)行計劃。
一般而言，每個查詢的執(zhí)行計劃都只保存一個，除非查詢優(yōu)化器知道采用并行執(zhí)行可以產(chǎn)生更好的性能，此時，并行查詢的執(zhí)行計劃就被緩存起來，也就是說：同一個查詢，在計劃緩沖中有兩個執(zhí)行計劃。
執(zhí)行計劃并不是永遠(yuǎn)被保存在內(nèi)存中的。它們也是會過期的。SQL Server會基于最近最少使用的算法來移除那些不常用的執(zhí)行計劃。下面列出了執(zhí)行計劃被移除的幾個條件：
- 系統(tǒng)產(chǎn)生了內(nèi)存壓力，需要更多的內(nèi)存，此時迫使SQL Server釋放自己占用的內(nèi)存。
- 內(nèi)存中的執(zhí)行計劃的最近使用次數(shù)為0.
- 執(zhí)行計劃沒有被現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫連接引用。
注:熟悉.NET的朋友，可以將之與.NET的垃圾回收機(jī)制類比理解。
今天就到這里，下一篇，我們將對執(zhí)行計劃進(jìn)行更多的分析!
當(dāng)前名稱：SQLServer性能調(diào)優(yōu)之淺析SQL執(zhí)行的過程
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