Oracle SQL Plan Management（SPM）技术原理详解

Oracle SQL Plan Management（SPM）技术原理详解

一、概述：为什么需要SPM？

在Oracle数据库中，SQL语句的执行计划（Execution Plan）是优化器（CBO）根据统计信息、系统参数和对象结构生成的逻辑操作步骤。然而，以下场景可能导致执行计划不稳定：

• 统计信息更新：表或索引的统计信息变化可能导致优化器选择不同的计划。
• 数据库升级：新版本的优化器算法可能生成更高效（或更低效）的计划。
• 参数调整：如optimizer_index_cost_adj或optimizer_mode的修改。
• 索引变更：索引的创建或删除可能改变访问路径。

SPM的核心目标是控制执行计划的稳定性，同时允许在验证后引入更优计划。它通过“基线（Baseline）”机制，将已知有效的执行计划纳入受控范围，避免计划突变导致的性能下降。

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二、SPM核心原理

1. 执行计划捕获（Plan Capture）

SPM通过两种方式捕获执行计划：

• 自动捕获（默认关闭）：
  当OPTIMIZER_CAPTURE_SQL_PLAN_BASELINES参数为TRUE时，所有重复执行的SQL语句首次生成的计划会被自动捕获为“未接受（Unaccepted）”基线。

• 手动捕获：
  从AWR、游标缓存或SQL Tuning Set（STS）中加载历史计划：

  DECLARE
    l_plans PLS_INTEGER;
  BEGIN
    l_plans := DBMS_SPM.LOAD_PLANS_FROM_AWR(begin_time => SYSDATE-7);
  END;
  

关键数据结构：
每个基线条目包含：

• SQL Handle：唯一标识SQL语句的哈希值。
• Plan Name：执行计划的唯一标识。
• Origin：计划来源（AUTO-CAPTURE、MANUAL-LOAD等）。
• Enabled/Accepted：是否启用或已接受该计划。

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2. 执行计划选择（Plan Selection）

当SQL语句执行时，优化器会按以下逻辑选择计划：

1. 生成新计划：基于当前统计信息生成候选计划。
2. 基线匹配：检查是否存在该SQL的基线计划。
   • 若无基线：直接使用新计划。
   • 若有基线：仅考虑已接受的基线计划。
3. 成本比较：在基线计划中选择成本最低的（即使新计划成本更低，除非基线允许演化）。

关键参数：

• OPTIMIZER_USE_SQL_PLAN_BASELINES（默认TRUE）：启用SPM。
• SQLPLAN视图：DBA_SQL_PLAN_BASELINES查看基线状态。

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3. 执行计划演化（Plan Evolution）

SPM允许将新计划加入基线，但需通过验证：

DECLARE
  l_report CLOB;
BEGIN
  l_report := DBMS_SPM.EVOLVE_SQL_PLAN_BASELINE(
    sql_handle => 'SQL_XXXX'
  );
END;

演化过程：

1. 计划比较：对比新计划与基线计划的性能（如解析日志或执行统计）。
2. 性能验证：若新计划更优，将其标记为“已接受（Accepted）”。
3. 基线更新：将验证后的计划加入基线。

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三、SPM架构与组件

1. 计划历史库（Plan History）

存储所有捕获到的执行计划（包括未接受的），通过DBA_SQL_PLAN_BASELINES查询。

2. 基线库（Baseline Repository）

仅包含已接受的计划，直接影响优化器的选择。

3. 优化器整合

优化器在解析阶段与SPM交互，优先选择基线计划。

4. 管理工具

• DBMS_SPM包：提供基线加载、演化、固定等API。
• SQL Tuning Advisor：可建议新计划并自动演化。

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四、SPM工作流程

场景示例：新计划引入

1. 初始状态：基线中存在计划A（成本100）。
2. 统计信息更新：优化器生成新计划B（成本80）。
3. 执行阶段：
   • 若基线未接受B，仍使用A。
   • 若启用自动演化，B被验证后加入基线。
4. 切换计划：DBA手动或自动将B设为已接受。

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五、SPM高级功能

1. 固定基线（Fixed Baselines）

标记某个计划为“Fixed”，优化器将优先选择它：

BEGIN
  DBMS_SPM.ALTER_SQL_PLAN_BASELINE(
    sql_handle      => 'SQL_XXXX',
    plan_name       => 'PLAN_YYYY',
    attribute_name  => 'FIXED',
    attribute_value => 'YES'
  );
END;

2. 自适应基线（Adaptive Baselines）

结合Oracle 12c的自适应特性，动态调整基线。

3. 基线复制（Baseline Copy）

在开发环境验证后，将基线导出/导入到生产：

-- 导出
DECLARE
  l_plans PLS_INTEGER;
BEGIN
  l_plans := DBMS_SPM.PACK_STGTAB_BASELINE(
    table_name => 'SPM_STAGING_TABLE'
  );
END;

-- 导入
DECLARE
  l_plans PLS_INTEGER;
BEGIN
  l_plans := DBMS_SPM.UNPACK_STGTAB_BASELINE(
    table_name => 'SPM_STAGING_TABLE'
  );
END;

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六、SPM与相关技术对比

技术	SPM	SQL Profile	Outlines
原理	基于基线控制计划选择	通过Hint集合修正优化器估算	强制使用固定Hint组合
灵活性	允许多计划共存并自动演化	单计划修正	单计划强制
维护成本	中（需管理基线）	低	高（需手动更新）
适用场景	长期计划稳定	紧急修复特定SQL	遗留系统兼容

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七、SPM最佳实践

1. 启用自动捕获（谨慎使用）：

   ALTER SYSTEM SET OPTIMIZER_CAPTURE_SQL_PLAN_BASELINES=TRUE;
   

2. 定期演化基线：

   BEGIN
     DBMS_SPM.CONFIGURE('AUTO_EVOLVE_TASK', 'ON');
   END;
   

3. 监控基线状态：

   SELECT sql_handle, plan_name, enabled, accepted 
   FROM DBA_SQL_PLAN_BASELINES;
   

4. 结合AWR分析：

   SELECT * FROM TABLE(DBMS_XPLAN.DISPLAY_AWR('sql_id'));
   

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八、SPM的局限性

• 存储开销：基线数据占用SYSAUX表空间。
• 性能影响：大规模基线可能增加优化器解析时间。
• 复杂性：需定期维护和监控。

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九、总结

Oracle SPM通过基线机制平衡了执行计划的稳定性和灵活性，是应对复杂生产环境的重要工具。合理配置SPM，结合自动演化与手动干预，可显著降低因计划突变导致的性能风险。