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基于DB2的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的性能優(yōu)化(1)

瀏覽:4日期:2023-11-08 09:19:28
摘要 結(jié)合DB2的使用經(jīng)驗(yàn),從數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、查詢優(yōu)化、并發(fā)控制、客戶/服務(wù)器模式四個(gè)方面來討論數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)性能優(yōu)化的一些原則、方法等。要害詞 DB2 性能優(yōu)化 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì) 查詢優(yōu)化 并發(fā)控制 C/S模式引言DB2是一種高性能的大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng),廣泛的應(yīng)用在客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)中。評價(jià)系統(tǒng)性能優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)有:吞吐量、響應(yīng)時(shí)間、并行能力等。本文從數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)、查詢的優(yōu)化、并發(fā)控制以及客戶/服務(wù)器模式這四個(gè)角度來討論優(yōu)化系統(tǒng)性能。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫1. 熟悉業(yè)務(wù)系統(tǒng)對業(yè)務(wù)系統(tǒng)的熟悉程度對整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能有很大影響,一個(gè)對業(yè)務(wù)不熟悉的設(shè)計(jì)人員,盡管有豐富的數(shù)據(jù)庫知識,也很難設(shè)計(jì)出性能最佳的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。2. 規(guī)范化與非規(guī)范化數(shù)據(jù)庫被規(guī)范化后,減少了數(shù)據(jù)冗余,數(shù)據(jù)量變小,數(shù)據(jù)行變窄。這樣DB2的每一頁可以包括更多行,那么每一區(qū)里的數(shù)據(jù)量更多,從而加速表的掃描,改進(jìn)了單個(gè)表的查詢性能。但是,當(dāng)查詢涉及多個(gè)表的時(shí)候,需要用很多連接操作把信息從各個(gè)表中組合在一起,導(dǎo)致更高的CPU和I/O花銷。那么,有很多時(shí)候需要在規(guī)范化和非規(guī)范化之間保持平衡,用適當(dāng)?shù)娜哂嘈畔頊p少系統(tǒng)開銷,用空間代價(jià)來換取時(shí)間代價(jià)。有訂單信息表OrderDetail,它里面記錄了投遞員信息,收款員信息,物品信息,價(jià)格策略,客戶信息…..這些信息分別在投遞員信息表、收款員信息表、物品信息表、價(jià)格策略表、客戶信息表中存放。假如按照規(guī)范化的要求,OrderDetail查詢時(shí)就必須要與這么多個(gè)表進(jìn)行連接或者嵌套查詢。假如OrderDetail表中的數(shù)據(jù)量是在百萬級的,那么一次查詢所需要的時(shí)間可能會達(dá)到好幾個(gè)小時(shí)。事實(shí)上,只要在設(shè)計(jì)時(shí)保證數(shù)據(jù)的邏輯有效性,很多信息都可以直接冗余在OrderDetail表中,這些冗余的數(shù)據(jù)能夠極大的提高查詢的效率,從而減少CPU和I/O操作。 12345下一頁 3. 數(shù)據(jù)條帶化假如一個(gè)表的記錄條數(shù)超過一定的規(guī)模,那么最基本的查詢操作也會受到影響,需要將該表根據(jù)日期水平劃分,把最近、最經(jīng)常用的數(shù)據(jù)和歷史的、不經(jīng)常用的數(shù)據(jù)劃分開來,或是根據(jù)地理位置、部門等等進(jìn)行劃分。還有一種劃分方式――垂直劃分,即把一個(gè)屬性列很多的表分割成好幾個(gè)小表,比如把經(jīng)常用到的屬性放在一個(gè)表里,不經(jīng)常用到的屬性放在另一個(gè)表里,這樣可以加快表的掃描,提高效率。4. 選擇數(shù)據(jù)類型對每一屬性選擇什么樣的數(shù)據(jù)類型很大程度上依據(jù)表的要求,但是在不違反表要求的前提下,選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)類型可以提高系統(tǒng)性能。比如有text列存放一本書的信息,用BLOB而不是character(1024),BLOB存放的是指針或者文件參照變量,真正的文本信息可以放在數(shù)據(jù)庫之外,從而減少數(shù)據(jù)庫存儲空間,使得程序運(yùn)行的速度提高。DB2提供了UDT(User Defined Datatypes)功能,用戶可以根據(jù)自己的需要定義自己的數(shù)據(jù)類型。5. 選擇索引索引是數(shù)據(jù)庫中重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),它的根本目的就是為了提高查詢效率?,F(xiàn)在大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品都采用IBM最先提出的ISAM索引結(jié)構(gòu)。使用索引可以快速、直接、有序的存取數(shù)據(jù)。索引的建立雖然加快了查詢,另一方面卻將低了數(shù)據(jù)更新的速度,因?yàn)樾聰?shù)據(jù)不僅要增加到表中,也要增加到索引中。另外,索引還需要額外的磁盤空間和維護(hù)開銷。因此,要合理使用索引:●在經(jīng)常進(jìn)行連接,但是沒有指定為外鍵的屬性列上建立索引?!裨陬l繁進(jìn)行排序或分組(即進(jìn)行g(shù)roup by或order by操作)的列上建立索引。按索引來排序或分組,可以提高效率?!裨跅l件表達(dá)式中經(jīng)常用到的不同值較多的列上建立檢索,在不同值少的列上不要建立索引。 上一頁12345下一頁 ●假如待排序的列有多個(gè),可以在這些列上建立復(fù)合索引(compound index),即索引由多個(gè)字段復(fù)合而成。查詢優(yōu)化現(xiàn)在的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品在系統(tǒng)查詢優(yōu)化方面已經(jīng)做得越來越好,但由于用戶提交的SQL語句是系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ),很難設(shè)想一個(gè)原本糟糕的查詢計(jì)劃經(jīng)過系統(tǒng)的優(yōu)化之后會變得高效,因此用戶所寫語句的優(yōu)劣至關(guān)重要。下面重點(diǎn)說明改善用戶查詢計(jì)劃的解決方案。1. 排序在很多時(shí)候,應(yīng)當(dāng)簡化或避免對大型表進(jìn)行重復(fù)的排序。當(dāng)能夠利用索引自動(dòng)以適當(dāng)?shù)拇涡虍a(chǎn)生輸出時(shí),可以避免排序的步驟,當(dāng)以下的情況發(fā)生時(shí),排序就不能省略:●索引中不包括一個(gè)或幾個(gè)待排序的列;●group by或order by子句中列的次序與索引的次序不一樣;●排序的列來自不同的表。為了避免不必要的排序,就要正確地增建索引,合理地合并數(shù)據(jù)庫表,盡管有時(shí)可能影響表的規(guī)范化,但相對于效率的提高是值得的。假如排序不可避免,那么應(yīng)當(dāng)試圖簡化它,如縮小排序列的范圍等。2. 主鍵主鍵用整型會極大的提高查詢效率,而字符型的比較開銷要比整型的比較開銷大很多,用字符型數(shù)據(jù)作主鍵會使數(shù)據(jù)插入、更新與查詢的效率降低。數(shù)據(jù)量小的時(shí)候這點(diǎn)降低可能不會被注重,可是當(dāng)數(shù)據(jù)量大的時(shí)候,小的改進(jìn)也能夠提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。3. 嵌套查詢在SQL語言中,一個(gè)查詢塊可以作為另一個(gè)查詢塊中謂詞的一個(gè)操作數(shù)。因此,SQL查詢可以層層嵌套。例如在一個(gè)大型分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中,有訂單表Order、訂單信息表OrderDetail,假如需要兩表關(guān)聯(lián)查詢:SELECT CreateUserFROM OrderWHERE OrderNo IN( SELECT OrderNoFROM OrderDetailWHERE Price=0.5) 上一頁12345下一頁 在這個(gè)查詢中,找出報(bào)紙單價(jià)為0.5元的收訂員名單。下層查詢返回一組值給上層查詢,然后由上層查詢塊再根據(jù)下層塊提供的值繼續(xù)查詢。在這種嵌套查詢中,對上層查詢的每一個(gè)值OrderNo,下層查詢都要對表OrderDetail進(jìn)行全部掃描,執(zhí)行效率顯然不會高。在該查詢中,有2層嵌套,假如每層都查詢1000行,那么這個(gè)查詢就要查詢100萬行數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)開銷中,對表Order的掃描占82%,對表OrderDetail的搜索占16%。假如我們用連接來代替,即:SELECT CreateUserFROM Order,OrderDetailWHERE Order.OrderNo=OrderDetail.OrderNo AND Praice=0.5那么對表Order的掃描占74%,對表OrderDetail的搜索占14%。而且,一個(gè)列的標(biāo)簽同時(shí)在主查詢和where子句中的查詢中出現(xiàn),那么很可能當(dāng)主查詢中的列值改變之后,子查詢必須重新查詢一次。查詢嵌套層次越多,效率越低,因此應(yīng)當(dāng)盡量避免子查詢。假如子查詢不可避免,那么要在子查詢中過濾掉盡可能多的行。4. 通配符在SQL語句中,LIKE要害字支持通配符匹配,但這種匹配非凡耗費(fèi)時(shí)間。例如:SELECT * FROM Order WHERE CreateUser LIKE ‘M_ _ _’ 。即使在CreateUser字段上建立了索引,在這種情況下也還是采用順序掃描的方式,Order表中有1000條記錄,就需要比較1000次。假如把語句改為SELECT * FROM Order WHERE CreateUser >’M’ AND CreateUser <’N’,在執(zhí)行查詢時(shí)就會利用索引來查詢,顯然會大大提高速度。5. distinct使用distinct是為了保證在結(jié)果集中不出現(xiàn)重復(fù)值,但是distinct會產(chǎn)生一張工作表,并進(jìn)行排序來刪除重復(fù)記錄,這會大大增加查詢和I/O的操作次數(shù)。因此應(yīng)當(dāng)避免使用distinct要害字。 上一頁12345下一頁 6. 負(fù)邏輯負(fù)邏輯如!=、<>、not in等,都會導(dǎo)致DB2用表掃描來完成查詢。當(dāng)表較大時(shí),會嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能,可以用別的操作來代替。7. 臨時(shí)表使用臨時(shí)表時(shí)數(shù)據(jù)庫會在磁盤中建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),因?yàn)閮?nèi)存的訪問速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外部存儲器的訪問速度,在復(fù)雜查詢中使用臨時(shí)表時(shí),中間結(jié)果會被導(dǎo)入到臨時(shí)表中,這種磁盤操作會大大降低查詢效率。另外,在分布式系統(tǒng)中,臨時(shí)表的使用還會帶來多個(gè)查詢進(jìn)程之間的同步問題。所以,在進(jìn)行復(fù)雜查詢時(shí)最好不要使用臨時(shí)表。8. 存儲過程DB2中的Stored Procedure Builder可以產(chǎn)生存儲過程,運(yùn)行并測試存儲過程。存儲過程可以包含巨大而復(fù)雜的查詢或SQL操作,經(jīng)過編譯后存儲在DB2數(shù)據(jù)庫中。用戶在多次使用同樣的SQL操作時(shí),可以先把這些SQL操作做成存儲過程,在需要用到的地方直接引用其名字進(jìn)行調(diào)用。存儲過程在第一次執(zhí)行時(shí)建立優(yōu)化的查詢方案,DB2將查詢方案保存在高速緩存里,以后調(diào)用運(yùn)行時(shí)可以直接從高速緩存執(zhí)行,省去了優(yōu)化和編譯的階段,節(jié)省了執(zhí)行時(shí)間,從而提高效率和系統(tǒng)利用率。最優(yōu)的查詢方案按照某些標(biāo)準(zhǔn)選擇往往不可行,要根據(jù)實(shí)際的要求和具體情況,通過比較進(jìn)行選擇。DB2提供的Query Patroller可以對不同的查詢方案的查詢代價(jià)進(jìn)行比較,通過追蹤查詢語句,返回查詢不同階段的系統(tǒng)開銷,從而作出最佳選擇。DB2提供的Performance Monitor也對整個(gè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能進(jìn)行監(jiān)控,包括I/O時(shí)間、查詢次數(shù)、排序時(shí)間、同步讀寫時(shí)間等等。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的并發(fā)控制也能影響系統(tǒng)性能。多個(gè)用戶的同時(shí)操作可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致性,DB2為了防止同時(shí)修改造成數(shù)據(jù)丟失和訪問未被提交的數(shù)據(jù),以及數(shù)據(jù)的保護(hù)讀,采用Lock機(jī)制來實(shí)現(xiàn)控制。DB2中可以對表空間、表、表列和索引加鎖。鎖的粒度越大,鎖越簡單,開銷小,并發(fā)度低;粒度小,鎖機(jī)制復(fù)雜,開銷大,并發(fā)度高。大型系統(tǒng)在并發(fā)處理中假如碰到所要分配的資源處于鎖定狀態(tài),系統(tǒng)會把進(jìn)程掛起等待。假如一個(gè)很耗時(shí)的查詢操作工作于一個(gè)經(jīng)常使用的表上,此時(shí)使用表一級鎖,意味著整個(gè)系統(tǒng)都要等待你的查詢結(jié)束以后才能夠繼續(xù)運(yùn)行。所以在復(fù)雜查詢中,盡量避免使用表一級鎖。假如有這一類的需要該怎么辦呢?可以利用視圖來解決這一類問題。視圖避免了對表的直接操作,同時(shí)有能夠保證數(shù)據(jù)庫的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。 上一頁12345
標(biāo)簽: DB2 數(shù)據(jù)庫
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