Oracle数据库SQL优化

1. Oracle SQL优化概述

oracle拿到sql语句本身会先去优化，并不是直接执行，毕竟Oracle自动优化也不是万能的，也有Oracle自身无法实现的优化语句，这就需要我们在书写sql语句的时候需要注意。
对于Oracle的sql语句优化也是有序可循的，按照步骤依次分析梳理，找出根源所在，针对性优化才有效果，而不是盲目来一通，以下是简单梳理优化步骤。
Oracle 查询阻塞，查询耗时 SQL，查看执行计划，查看收集统计信息，查询优化器 – 改写查询语句，查询优化器 – 访问路径，查询优化器 – 表连接方法，索引，视图，减少数据库访问次数，面向对象，分开执行耗时操作，子程序内联，动态 SQL，避免在查询中使用函数，指定子程序 OUT 或 IN OUT 参数为引用传递，尽量少用循环语句，数据类型使用注意事项，字符串处理，短路评估，并发更新大表。

2. Oracle SQL优化详解

2.1 Oracle 查询阻塞

如果你的 SQL 或系统突然 hang 了，很有可能是因为一个 session 阻塞了另一个 session，如何查询是否发生阻塞了呢？看看下面的 SQL吧。

-- 如果你的 SQL 或系统突然 hang 了，很有可能是因为一个 session 阻塞了另一个 session，如何查询是否发生阻塞了呢？看看下面的 SQL吧。
select 
  blocksession.sid        as block_session_sid,
  blocksession.serial#    as block_session_serial#,
  blocksession.username   as block_session_username,
  blocksession.osuser     as block_session_osuser,
  blocksession.machine    as block_session_machine,
  blocksession.status     as block_session_status,
  blockobject.object_name as blocked_table,
  waitsession.sid         as wait_session_sid,
  waitsession.serial#     as wait_session_serial#,
  waitsession.username    as wait_session_username,
  waitsession.osuser      as wait_session_osuser,
  waitsession.machine     as wait_session_machine,
  waitsession.status      as wait_session_status
from 
  v$lock          blocklock,
  v$lock          waitlock,
  v$session       blocksession,
  v$session       waitsession,
  v$locked_object lockedobject,
  dba_objects     blockobject
where 
  blocklock.block    = 1
  and blocklock.sid != waitlock.sid
  and blocklock.id1 = waitlock.id1
  and blocklock.id2 = waitlock.id2
  and blocklock.sid = blocksession.sid
  and waitlock.sid  = waitsession.sid
  and lockedobject.session_id = blocksession.sid
  and lockedobject.object_id  = blockobject.object_id;
  
-- 如果上面的语句返回了结果，表明发生了阻塞，这个时候你可以把使用 blocksession 的程序停掉。
-- 如果还是不能解决问题，那只能让 DBA 帮你把 blocksession kill 掉，如何 kill 呢？ 试一试下面的语句吧。
ALTER SYSTEM KILL SESSION ',';
ALTER SYSTEM KILL SESSION '113,55609';
  

– 如果没有发生阻塞，系统就是很慢，该怎么办呢？在" Oracle 查询耗时 SQL"找答案吧。

2.2 Oracle 查询耗时 SQL

当你的系统变慢时，如何查询系统中最耗时的 SQL 呢？试一试下面的 SQL 吧。

select * from (
	select * from V$SQLSTATS
	
	-- 最耗时的 SQL
	-- ELAPSED_TIME 指的是总耗时（毫秒），平均耗时 = ELAPSED_TIME/EXECUTIONS
	-- order by ELAPSED_TIME DESC
	
	-- 查询执行次数最多的 SQL
	-- order by EXECUTIONS DESC
	
	-- 读硬盘最多的 SQL
	-- order by DISK_READS DESC
	
	-- 最费 CPU 的 SQL
	-- order by BUFFER_GETS DESC
) where rownum <=50;

一旦查询到耗时 SQL，你需要查看一下它们的执行计划才能知道它们为什么慢，不知道如何查询执行计划？看看这里吧 。

2.3.Oracle 查看执行计划

我们可以通过　EXPLAIN PLAN　语句生成执行计划，该语句把执行计划保存到一个叫做　PLAN_TABLE　的表中，我们可以通过查询这个表来查看执行计划。下面是一个简单例子。
查看执行计划的两种方式：1.EXPLAIN PLAN。2.autotrace。3.plsql查看执行计划菜单或者F5查看。

1. EXPLAIN PLAN

-- 生成执行计划
EXPLAIN PLAN 
SET STATEMENT_ID = 'test'
FOR
select * from employees where employee_id < 10;
 
-- 由于　PLAN_TABLE　表非常复杂，Ｏｒａｃｌｅ　提供下面的方式察看执行计划
SELECT PLAN_TABLE_OUTPUT FROM TABLE(DBMS_XPLAN.DISPLAY('PLAN_TABLE', 'test',　'ALL'));
 
-- 如果你想察看更多细节，你也可以直接查询表
select * from plan_table where statement_id = 'test'

2. autotrace
   如果你使用的是 sqlplus 工具，你还可以通过它提供了 autotrace 功能来查看执行计划，你只需要下面的两步，非常简单，下面是一个简单的例子。

-- 第一步： 打开 autotrace
SQL> set autotrace on
 
-- 第二步： 执行 SQL 语句
SQL> select * from test;

3. plsql查看执行计划菜单或者F5
   V$SQL_PLAN

上面查看执行计划的方式有一个缺陷，它们必须由人触发，随着执行环境，时间，统计信息等的不同，执行计划有可能不同，有没有办法查看已经执行过 SQL 的执行计划呢？答案是肯定的，下面是一个简单的例子。

-- 第一步： 通过下面的语句找到 SQL_ID 
select SQL_ID,SQL_TEXT from v$sql 
where sql_text like '%KAFKA_MSG_QUEUE%';
 
-- 第二步： 通过下面的方式查看执行计划
select * from V$SQL_PLAN where SQL_ID='g7b1uz8n2mdvf' 
order by CHILD_NUMBER, id;
 
-- 注意，上面的语句可以查询出该语句多次的执行计划，你可以加上时间来过滤
select * from V$SQL_PLAN where SQL_ID='g7b1uz8n2mdvf' 
and "TIMESTAMP"=TIMESTAMP '2015-08-20 19:38:06.000'
order by CHILD_NUMBER, id
 
-- 上面语句的结果可读性差，试一试下面的语句吧
select '| Operation                         |Object Name                    |  Rows | Bytes|   Cost |'
	as "Explain Plan in library cache:" from dual
union all
select rpad('| '||substr(lpad(' ',1*(depth-1))||operation||
       decode(options, null,'',' '||options), 1, 35), 36, ' ')||'|'||
       rpad(decode(id, 0, '----------------------------',
       substr(decode(substr(object_name, 1, 7), 'SYS_LE_', null, object_name)
       ||' ',1, 30)), 31, ' ')||'|'|| lpad(decode(cardinality,null,'  ',
       decode(sign(cardinality-1000), -1, cardinality||' ',
       decode(sign(cardinality-1000000), -1, trunc(cardinality/1000)||'K',
       decode(sign(cardinality-1000000000), -1, trunc(cardinality/1000000)||'M',
       trunc(cardinality/1000000000)||'G')))), 7, ' ') || '|' ||
       lpad(decode(bytes,null,' ',
       decode(sign(bytes-1024), -1, bytes||' ',
       decode(sign(bytes-1048576), -1, trunc(bytes/1024)||'K',
       decode(sign(bytes-1073741824), -1, trunc(bytes/1048576)||'M',
       trunc(bytes/1073741824)||'G')))), 6, ' ') || '|' ||
       lpad(decode(cost,null,' ', decode(sign(cost-10000000), -1, cost||' ',
       decode(sign(cost-1000000000), -1, trunc(cost/1000000)||'M',
       trunc(cost/1000000000)||'G'))), 8, ' ') || '|' as "Explain plan"
from v$sql_plan sp
where sp.SQL_ID='g7b1uz8n2mdvf' 
and "TIMESTAMP"=TIMESTAMP '2015-08-20 19:38:06.000';

2.4.Oracle 查看收集统计信息

统计信息相当于情报，对　Oracle　至关重要，如果统计信息不准确，Oracle　就会做出错误的判断。那如何查看统计信息呢？试一试下面的 SQL 吧。

-- 查看表统计信息
select * from DBA_TABLES where OWNER = 'HR' and TABLE_NAME = 'TEST';
select * from DBA_TAB_STATISTICS where OWNER = 'HR' and TABLE_NAME = 'TEST';
 
-- 查看列统计信息
select * from DBA_TAB_COL_STATISTICS where OWNER = 'HR' and TABLE_NAME = 'TEST';
 
-- 查看索引统计信息
select * from DBA_IND_STATISTICS where OWNER = 'HR' and TABLE_NAME = 'TEST';

通常，Oracle　会在每天固定时间段自动维护统计信息。但是对于某些表，这是远远不够的，如：某些表每天都需要清空，然后重新导入。这个时候，我们需要手动收集统计信息。

-- 方法1： 使用 DBMS_STATS.GATHER_TABLE_STATS 手动收集存储过程
DBMS_STATS.GATHER_TABLE_STATS('HR', 'ORDERS');
 
-- 方法2：删除并锁定统计信息，如果没有统计信息，Oracle　会动态收集统计信息
BEGIN
	DBMS_STATS.DELETE_TABLE_STATS('HR','ORDERS');
	DBMS_STATS.LOCK_TABLE_STATS('HR','ORDERS');
END;

Oracle 推荐我们使用方法1。 除此之外，DBMS_STATS 包还提供了下面的存储过程用来收集统计信息。

GATHER_INDEX_STATS       收集索引统计信息
GATHER_TABLE_STATS       收集指定表，列，索引的统计信息
GATHER_SCHEMA_STATS      收集指定模式下所有对象的统计信息
GATHER_SYSTEM_STATS      收集系统统(I/O,CUP)计信息
GATHER_DICTIONARY_STATS  收集 SYS, SYSTEM 模式下对象的统计信息
GATHER_DATABASE_STATS    收集所有数据库对象的统计信息
GATHER_FIXED_OBJECTS_STATS   收集 FIXED 对象的统计信息

DBMS_STATS 包还提供许多子程序让我们可以对统计信息进行操作，如：查询，删除，锁定，恢复等，更多详情你可以参考 PL/SQL Packages and Types 手册。

2.5.Oracle 查询优化器 – 改写查询语句

当我们执行一条查询语句的时候，我们只告诉 Oracle 我们想要哪些数据，至于数据在哪里，怎么找，那是查询优化器的事情，优化器需要改写查询语句，决定访问路径（如：全表扫描，快速全索引扫描，索引扫描），决定表联接顺序等。至于选择哪种方式，优化器需要根据数据字典做出判断。

那优化器如何改写查询语句呢？

第一种方法叫合并视图，如果你的查询语句中引用了视图，那么优化器会把视图合并到查询中，下面是一个简单的例子，需要注意的是优化器也不是神，如果你的视图包含集合操作符，聚合函数，Group by 等，优化器也傻了，不知道如何合并了。

-- 视图定义
CREATE VIEW employees_50_vw AS
	SELECT employee_id, last_name, job_id, salary, commission_pct, department_id
	FROM employees
	WHERE department_id = 50;
 
-- 查询语句
SELECT employee_id
FROM employees_50_vw
WHERE employee_id > 150;
 
-- 合并视图后的查询语句
SELECT employee_id
FROM employees
WHERE department_id = 50
AND employee_id > 150;

第二种方法叫谓词推进（Predicate Pushing），对于那些无法执行合并视图的查询语句，Oracle 会把查询语句中的条件挪到视图中，下面是一个简单的例子。

-- 视图定义
CREATE VIEW all_employees_vw AS
	(SELECT employee_id, last_name, job_id, commission_pct, department_id FROM employees)
	UNION
	(SELECT employee_id, last_name, job_id, commission_pct, department_id FROM contract_workers);
 
-- 查询语句的查询语句
SELECT last_name
FROM all_employees_vw
WHERE department_id = 50;
 
-- 谓词推进
SELECT last_name
FROM ( 
	SELECT employee_id, last_name, job_id, commission_pct, department_id FROM employees
		WHERE department_id=50 -- 注意此处
	UNION
	SELECT employee_id, last_name, job_id, commission_pct, department_id FROM contract_workers
		WHERE department_id=50 -- 注意此处
);

第三种方法是将非嵌套子查询转化为表连接。下面是一个简单的例子。需要注意的是，并不是所有的非嵌套子查询都能转化为表连接，对于下面的例子而言，如果 customers.cust_id 不是主键，转化后会产生笛卡尔集。

-- 非嵌套子查询
SELECT *
FROM sales
WHERE cust_id IN (SELECT cust_id FROM customers);
 
-- 表连接
SELECT sales.*
FROM sales, customers
WHERE sales.cust_id = customers.cust_id;

第四种方法是使用物化视图改写查询，物化视图是将一个查询的结果集保存在一个表中，如果你的查询语句和某个物化视图兼容，那么 Oracle 就可以直接从物化视图中取得数据。

2.6.Oracle 查询优化器 – 访问路径

https://blog.csdn.net/shangboerds/article/details/46930779

2.7.Oracle 查询优化器 – 表连接方法

https://blog.csdn.net/shangboerds/article/details/46989235

2.8.Oracle 索引

https://blog.csdn.net/shangboerds/article/details/46787053

2.9.Oracle 视图

视图有好多优点，如它可以简化开发。但是有一点特别需要注意，最好不要使用多个视图做联合查询，因为优化器将很难优化这样的查询。

2.10.Oracle 减少数据库访问次数

连接数据库是非常耗时的，虽然应用程序会采用连接池技术，但与数据库交互依然很耗时，这就要求我们尽量用一条语句干完所有的事，尤其要避免把 SQL 语句写在循环中，如果你遇到这样的人，应该毫不犹豫给他两个耳光

2.11 Oracle 面向对象

我们都知道，传统数据库都是关系型数据库，随着 Java 和 面向对象的流行，Oracle也与时俱进，加入了面向对象的特性，最典型的就是嵌套表，嵌套表使查询变得复杂，同时它的性能也不如传统表好。

2.12 Oracle 分开执行耗时操作

首先，我们看一个故事，联合利华引进了一条香皂包装生产线，结果发现这条生产线有个缺陷：常常会有盒子里没装入香皂。总不能把空盒子卖给顾客啊，他们只得请了一个学自动化的博士后设计一个方案来分拣空的香皂盒。博士后拉起了一个十几人的科研攻关小组，综合采用了机械、微电子、自动化、X射线探测等技术，花了几十万，成功解决了问题。每当生产线上有空香皂盒通过，两旁的探测器会检测到，并且驱动一只机械手把空皂盒推走。

中国南方有个乡镇企业也买了同样的生产线，老板发现这个问题后大为发火，找了个小工来说:你他妈给老子把这个搞定，不然你给老子爬出去。小工很快想出了办法：他在生产线旁边放了台风扇猛吹，空皂盒自然会被吹走。

还有一个故事，美国宇航局发现圆珠笔在失重环境下无法使用, 结果花了2千万美刀研制出了失重环境下可用的圆珠笔, 而苏联人一直用铅笔。

这两个故事给我们一个很重要的启示，性能问题都是由于资源竞争导致的，所以，一个简单的想法就是尽量分开执行耗时的操作。这看似一个最简单不过的道理，但是随着软件变得越来越大，到最后可能没有人知道什么时候执行什么操作时合适的。

2.13 Oracle 子程序内联

https://blog.csdn.net/shangboerds/article/details/46681757

2.14 Oracle 动态 SQL

如果你还不知道什么是动态 SQL，请参考 PL/SQL 动态 SQL

如果有可能，尽量不要使用动态 SQL，动态 SQL需要运行时编译，影响性能。如果一定要使用动态 SQL，Oracle 推荐我们优先使用 EXECUTE IMMEDIATE，它要比 DBMS_SQL 性能更好。

2.15 Oracle 避免在查询中使用函数

一个查询可能要搜索上百万行数据，在查询中使用函数就可能被调用上百万次，这会严重影响性能，下面是一个简单的例子。

-- 创建表
CREATE TABLE Department 
(
	Department_Id    NUMBER(9,0),
	Department_Name  VARCHAR2(40)
);
 
CREATE TABLE Employee
(
	Employee_id    NUMBER(9,0),
	Employee_Name  VARCHAR2(40),
	Department_Id  NUMBER(9,0)
);
 
 
-- 定义函数
CREATE OR REPLACE FUNCTION getDepartmentNameById(
	DepartmentId    number   
)  
	RETURN varchar2  
AS    
	DepartmentName VARCHAR2(40);    
BEGIN    
	select Department_Name into DepartmentName from Department where Department_Id = DepartmentId;    
	return DepartmentName;      
END;
 
 
-- 查询 SQL -- 使用函数
SELECT getDepartmentNameById(Department_Id) DepartmentName, Employee_Name FROM Employee;
 
 
-- 查询 SQL -- 使用表连接
SELECT 
	d.Department_Name, 
	e.Employee_Name 
FROM 
	Department d,
	Employee e
WHERE
	d.Department_Id = e.Department_Id;

2.16 Oracle 指定子程序 OUT 或 IN OUT 参数为引用传递

通常，子程序的 OUT 或 IN OUT 参数为值传递，为了防止程序可能发生的异常，Oracle 将它保存到临时变量中，当程序正常退出时，Oracle 把临时变量中值赋给实际参数，异常退出时，保持实际参数不变。当OUT 或 IN OUT 参数返回大批量数据时，由于使用了临时变量导致占用大量内存，这时我们可以在参数的后面加上 NOCOPY 来提示Oracle使用引用传递.

PROCEDURE test (infor IN OUT NOCOPY Collection) IS
BEGIN
	NULL;
END;

2.17 Oracle 尽量少用循环语句

https://blog.csdn.net/shangboerds/article/details/46695043

2.18 Oracle 数据类型使用注意事项

Oracle 支持 NUMBER，BINARY_FLOAT， BINARY_DOUBLE 等数值数据类型，NUMBER 更精确，BINARY_FLOAT 或 BINARY_DOUBLE 更高效，所以如果有可能，尽量优先使用 BINARY_FLOAT 或 BINARY_DOUBLE

此外，PL/SQL 还支持好多它们的子类型，有些子类型是由约束的，如不允许 NULL，尽量不要使用约束多的子类型，因为在运行时， Oracle 需要额外的检查，确保它们没有违反约束。

在运行时，Oracle 会自动进行数据类型转换，如下面的语句把一个字符串赋值给一个数值类型的变量，Oracle 是不会抱错的.

declare
  x PLS_INTEGER;
begin
  x := '1';
end;

应该尽量避免这种情况，如果一个变量是从一个表中获取的,我们应该定义这个变量的类型为 TABLE_NAME.COLUMN_NAME%TYPE

2.19 Oracle 字符串处理

https://blog.csdn.net/shangboerds/article/details/46695673

2.20 Oracle 短路评估

Oracle 按照从左到右的顺序评估条件表达式，一旦确定结果就停止后面的评估，所以我们应该尽量将轻量级的条件放在最左边。

IF (x > 10) OR function(parameter) THEN

2.21 Oracle 并发更新大表

如果你有一个很大的表要更新，千万别想着一次搞定，如果你这么干了，你会发现需要很长时间，最后的结果也不一定成功，为什么呢? 第一，Oracle 需要锁定整个表，这个过程中极有可能发生死锁。第二，Oracle 需要更多的日志文件用于回滚。第三，一旦发生点小问题会导致一个老鼠害一锅汤。那该怎么办呢？答案是分段执行，少量多次并发执行，下面是一个简单的例子。

DECLARE
  l_sql_stmt VARCHAR2(1000);
  
BEGIN
  -- 第一步: 创建任务
  DBMS_PARALLEL_EXECUTE.CREATE_TASK ('task_test');
  
  -- 第二步: 根据 ROWID 切块, 每次 100 行
  DBMS_PARALLEL_EXECUTE.CREATE_CHUNKS_BY_ROWID('task_test', 'TRADE', 'EMPLOYEES', true, 100);
  
  -- 第三步: 并发执行下面的 SQL
  l_sql_stmt := 'update /*+ ROWID (dda) */ EMPLOYEES e SET e.salary = e.salary + 10 WHERE rowid BETWEEN :start_id AND :end_id';
  DBMS_PARALLEL_EXECUTE.RUN_TASK('task_test', l_sql_stmt, DBMS_SQL.NATIVE, parallel_level => 10);
  
  -- 第四步: 删除任务
  DBMS_PARALLEL_EXECUTE.DROP_TASK('task_test');
END;

另外多提一句，面大大数据量高并发，其实不仅仅是sql上的优化，机器性能，分布式集群，微服务，各种中间件，消息中间件，es，solr、分库分表等从设计角度解决问题，目前也有很多成熟案例，仅供参考。
感谢shangboerds老师，转载于shangboerds文章后验证补充。
参考：shangboerds