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Oracle查詢(xún)原理：Select語(yǔ)句
Select語(yǔ)句可以說(shuō)是DBA和數據庫開(kāi)發(fā)者在工作中使用最多的語(yǔ)句之一，但這條語(yǔ)句是如何執行?在Oracle數據庫中又是如何運作的呢?今天我們就從一條簡(jiǎn)單的Select語(yǔ)句開(kāi)始，看看Oracle數據庫后臺的運作機制。這對于我們之后的系統管理與故障排除非常有幫助。
第一步：客戶(hù)端把語(yǔ)句發(fā)給服務(wù)器端執行。
當我們在客戶(hù)端執行select語(yǔ)句時(shí)，客戶(hù)端會(huì )把這條SQL語(yǔ)句發(fā)送給服務(wù)器端，讓服務(wù)器端的進(jìn)程來(lái)處理這語(yǔ)句。也就是說(shuō)，Oracle客戶(hù)端是不會(huì )做任何的操作，他的主要任務(wù)就是把客戶(hù)端產(chǎn)生的一些SQL語(yǔ)句發(fā)送給服務(wù)器端。雖然在客戶(hù)端也有一個(gè)數據庫進(jìn)程，但是，這個(gè)進(jìn)程的作用跟服務(wù)器上的進(jìn)程作用事不相同的。服務(wù)器上的數據庫進(jìn)程才會(huì )對SQL語(yǔ)句進(jìn)行相關(guān)的處理。不過(guò)，有個(gè)問(wèn)題需要說(shuō)明，就是客戶(hù)端的進(jìn)程跟服務(wù)器的進(jìn)程是一一對應的。也就是說(shuō)，在客戶(hù)端連接上服務(wù)器后，在客戶(hù)端與服務(wù)器端都會(huì )形成一個(gè)進(jìn)程，客戶(hù)端上的我們叫做客戶(hù)端進(jìn)程;而服務(wù)器上的我們叫做服務(wù)器進(jìn)程。所以，由于所有的SQL語(yǔ)句都是服務(wù)器進(jìn)程執行的，所以，有些人把服務(wù)器進(jìn)程形象地比喻成客戶(hù)端進(jìn)程的“影子”。
第二步：語(yǔ)句解析。
當客戶(hù)端把SQL語(yǔ)句傳送到服務(wù)器后，服務(wù)器進(jìn)程會(huì )對該語(yǔ)句進(jìn)行解析。同理，這個(gè)解析的工作，也是在服務(wù)器端所進(jìn)行的。雖然這只是一個(gè)解析的動(dòng)作，但是，其會(huì )做很多“小動(dòng)作”。
1、查詢(xún)高速緩存。服務(wù)器進(jìn)程在接到客戶(hù)端傳送過(guò)來(lái)的SQL語(yǔ)句時(shí)，不會(huì )直接去數據庫查詢(xún)。而是會(huì )先在數據庫的高速緩存中去查找，是否存在相同語(yǔ)句的執行計劃。如果在數據高速緩存中，剛好有其他人使用這個(gè)查詢(xún)語(yǔ)句的話(huà)，則服務(wù)器進(jìn)程就會(huì )直接執行這個(gè)SQL語(yǔ)句，省去后續的工作。所以，采用高速數據緩存的話(huà)，可以提高SQL語(yǔ)句的查詢(xún)效率。一方面是從內存中讀取數據要比從硬盤(pán)中的數據文件中讀取數據效率要高，另一方面，也是因為這個(gè)語(yǔ)句解析的原因。
不過(guò)這里要注意一點(diǎn)，這個(gè)數據緩存跟有些客戶(hù)端軟件的數據緩存是兩碼事。有些客戶(hù)端軟件為了提高查詢(xún)效率，會(huì )在應用軟件的客戶(hù)端設置數據緩存。由于這些數據緩存的存在，可以提高客戶(hù)端應用軟件的查詢(xún)效率。但是，若其他人在服務(wù)器進(jìn)行了相關(guān)的修改，由于應用軟件數據緩存的存在，導致修改的數據不能及時(shí)反映到客戶(hù)端上。從這也可以看出，應用軟件的數據緩存跟數據庫服務(wù)器的高速數據緩存不是一碼事。
2、語(yǔ)句合法性檢查。
當在高速緩存中找不到對應的SQL語(yǔ)句時(shí)，則數據庫服務(wù)器進(jìn)程就會(huì )開(kāi)始檢查這條語(yǔ)句的合法性。這里主要是對SQL語(yǔ)句的語(yǔ)法進(jìn)行檢查，看看其是否合乎語(yǔ)法規則。如果服務(wù)器進(jìn)程認為這條SQL語(yǔ)句不符合語(yǔ)法規則的時(shí)候，就會(huì )把這個(gè)錯誤信息，反饋給客戶(hù)端。在這個(gè)語(yǔ)法檢查的過(guò)程中，不會(huì )對SQL語(yǔ)句中所包含的表名、列名等等進(jìn)行SQL他只是語(yǔ)法上的檢查。
3、語(yǔ)言含義檢查。
若SQL語(yǔ)句符合語(yǔ)法上的定義的話(huà)，則服務(wù)器進(jìn)程接下去會(huì )對語(yǔ)句中的字段、表等內容進(jìn)行檢查�？纯催@些字段、表是否在數據庫中。如果表名與列名不準確的話(huà)，則數據庫會(huì )就會(huì )反饋錯誤信息給客戶(hù)端。
所以，有時(shí)候我們寫(xiě)select語(yǔ)句的時(shí)候，若語(yǔ)法與表名或者列名同時(shí)寫(xiě)錯的話(huà)，則系統是先提示說(shuō)語(yǔ)法錯誤，等到語(yǔ)法完全正確后，再提示說(shuō)列名或表名錯誤。若能夠掌握這個(gè)順序的話(huà)，則在應用程序排錯的時(shí)候，可以節省時(shí)間。
4、獲得對象解析鎖。
當語(yǔ)法、語(yǔ)義都正確后，系統就會(huì )對我們需要查詢(xún)的對象加鎖。這主要是為了保障數據的一致性，防止我們在查詢(xún)的過(guò)程中，其他用戶(hù)對這個(gè)對象的結構發(fā)生改變。對于加鎖的原理與方法，我在其他文章中已經(jīng)有專(zhuān)門(mén)敘述，在這里就略過(guò)不談了。
5、數據訪(fǎng)問(wèn)權限的核對。
當語(yǔ)法、語(yǔ)義通過(guò)檢查之后，客戶(hù)端還不一定能夠取得數據。服務(wù)器進(jìn)程還會(huì )檢查，你所連接的用戶(hù)是否有這個(gè)數據訪(fǎng)問(wèn)的權限。若你連接上服務(wù)器的用戶(hù)不具有數據訪(fǎng)問(wèn)權限的話(huà)，則客戶(hù)端就不能夠取得這些數據。故，有時(shí)候我們查詢(xún)數據的時(shí)候，辛辛苦苦地把SQL語(yǔ)句寫(xiě)好、編譯通過(guò)，但是，最后系統返回個(gè)“沒(méi)有權限訪(fǎng)問(wèn)數據”的錯誤信息，讓我們氣半死。這在前端應用軟件開(kāi)發(fā)調試的過(guò)程中，可能會(huì )碰到。所以，要注意這個(gè)問(wèn)題，數據庫服務(wù)器進(jìn)程先檢查語(yǔ)法與語(yǔ)義，然后才會(huì )檢查訪(fǎng)問(wèn)權限。
6、確定最佳執行計劃。
當語(yǔ)句與語(yǔ)法都沒(méi)有問(wèn)題，權限也匹配的話(huà)，服務(wù)器進(jìn)程還是不會(huì )直接對數據庫文件進(jìn)行查詢(xún)。服務(wù)器進(jìn)程會(huì )根據一定的規則，對這條語(yǔ)句進(jìn)行優(yōu)化。不過(guò)要注意，這個(gè)優(yōu)化是有限的。一般在應用軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，需要對數據庫的sql語(yǔ)言進(jìn)行優(yōu)化，這個(gè)優(yōu)化的作用要大大地大于服務(wù)器進(jìn)程的自我優(yōu)化。所以，一般在應用軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)候，數據庫的優(yōu)化是少不了的。
當服務(wù)器進(jìn)程的優(yōu)化器確定這條查詢(xún)語(yǔ)句的最佳執行計劃后，就會(huì )將這條SQL語(yǔ)句與執行計劃保存到數據高速緩存。如此的話(huà)，等以后還有這個(gè)查詢(xún)時(shí)，就會(huì )省略以上的語(yǔ)法、語(yǔ)義與權限檢查的步驟，而直接執行SQL語(yǔ)句，提高SQL語(yǔ)句處理效率。
第三步：語(yǔ)句執行。
語(yǔ)句解析只是對SQL語(yǔ)句的語(yǔ)法進(jìn)行解析，以確保服務(wù)器能夠知道這條語(yǔ)句到底表達的是什么意思。等到語(yǔ)句解析完成之后，數據庫服務(wù)器進(jìn)程才會(huì )真正的執行這條SQL語(yǔ)句。
這個(gè)語(yǔ)句執行也分兩種情況。一是若被選擇行所在的數據塊已經(jīng)被讀取到數據緩沖區的話(huà)，則服務(wù)器進(jìn)程會(huì )直接把這個(gè)數據傳遞給客戶(hù)端，而不是從數據庫文件中去查詢(xún)數據。若數據不在緩沖區中，則服務(wù)器進(jìn)程將從數據庫文件中查詢(xún)相關(guān)數據，并把這些數據放入到數據緩沖區中。
這里仍然要注意一點(diǎn)，就是Oracle數據庫中，定義了很多種類(lèi)的高速緩存。像上面所說(shuō)的SQL語(yǔ)句緩存與現在講的數據緩存。我們在學(xué)習數據庫的時(shí)候，需要對這些緩存有一個(gè)清晰的認識，并了解各個(gè)種類(lèi)緩存的作用。這對于我們后續數據庫維護與數據庫優(yōu)化是非常有用的。
第四步：提取數據。
當語(yǔ)句執行完成之后，查詢(xún)到的數據還是在服務(wù)器進(jìn)程中，還沒(méi)有被傳送到客戶(hù)端的用戶(hù)進(jìn)程。所以，在服務(wù)器端的進(jìn)程中，有一個(gè)專(zhuān)門(mén)負責數據提取的一段代碼。他的作用就是把查詢(xún)到的數據結果返回給用戶(hù)端進(jìn)程，從而完成整個(gè)查詢(xún)動(dòng)作。
從這整個(gè)查詢(xún)處理過(guò)程中，我們在數據庫開(kāi)發(fā)或者應用軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)：
一是要了解數據庫緩存跟應用軟件緩存是兩碼事情。數據庫緩存只有在數據庫服務(wù)器端才存在，在客戶(hù)端是不存在的。只有如此，才能夠保證數據庫緩存中的內容跟數據庫文件的內容一致。才能夠根據相關(guān)的規則，防止數據臟讀、錯讀的發(fā)生。而應用軟件所涉及的數據緩存，由于跟數據庫緩存不是一碼事情，所以，應用軟件的數據緩存雖然可以提高數據的查詢(xún)效率，但是，卻打破了數據一致性的要求，有時(shí)候會(huì )發(fā)生臟讀、錯讀等情況的發(fā)生。所以，有時(shí)候，在應用軟件上有專(zhuān)門(mén)一個(gè)功能，用來(lái)在必要的時(shí)候清除數據緩存。不過(guò)，這個(gè)數據緩存的清除，也只是清除本機上的數據緩存，或者說(shuō)，只是清除這個(gè)應用程序的數據緩存，而不會(huì )清除數據庫的數據緩存。
二是絕大部分SQL語(yǔ)句都是按照這個(gè)處理過(guò)程處理的。我們DBA或者基于Oracle數據庫的開(kāi)發(fā)人員了解這些語(yǔ)句的處理過(guò)程，對于我們進(jìn)行涉及到SQL語(yǔ)句的開(kāi)發(fā)與調試，是非常有幫助的。有時(shí)候，掌握這些處理原則，可以減少我們排錯的時(shí)間。特別要注意，數據庫是把數據查詢(xún)權限的審查放在語(yǔ)法語(yǔ)義的后面進(jìn)行檢查的。所以，有時(shí)會(huì )若光用數據庫的權限控制原則，可能還不能滿(mǎn)足應用軟件權限控制的需要。此時(shí)，就需要應用軟件的前臺設置，實(shí)現權限管理的要求。而且，有時(shí)應用數據庫的權限管理，也有點(diǎn)顯得繁瑣，會(huì )增加服務(wù)器處理的工作量。因此，對于記錄、字段等的查詢(xún)權限控制，大部分程序涉及人員喜歡在應用程序中實(shí)現，而不是在數據庫上實(shí)現。
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