SQL中的where条件,在数据库中提取与应用浅析
1. 问题描述
一条SQL,在数据库中是如何执行的呢?相信很多人都会对这个问题比较感兴趣。当然,要完整描述一条SQL在数据库中的生命周期,这是一个非常巨大的问题,涵盖了SQL的词法解析、语法解析、权限检查、查询优化、SQL执行等一系列的步骤,简短的篇幅是绝对无能为力的。因此,本文挑选了其中的部分内容,也是我一直都想写的一个内容,做重点介绍:
给定一条SQL,如何提取其中的where条件?where条件中的每个子条件,在SQL执行的过程中有分别起着什么样的作用?
通过本文的介绍,希望读者能够更好地理解查询条件对于SQL语句的影响;撰写出更为优质的SQL语句;更好地理解一些术语,例如:MySQL 5.6中一个重要的优化——Index Condition Pushdown,究竟push down了什么?
本文接下来的内容,安排如下:
- 简单介绍关系型数据库中数据的组织形式;
- 给定一条SQL,如何提取其中的where条件;
- 最后做一个小的总结;
2. 关系型数据库中的数据组织
关系型数据库中,数据组织涉及到两个最基本的结构:表与索引。表中存储的是完整记录,一般有两种组织形式:堆表(所有的记录无序存储),或者是聚簇索引表(所有的记录,按照记录主键进行排序存储)。索引中存储的是完整记录的一个子集,用于加速记录的查询速度,索引的组织形式,一般均为B+树结构。
有了这些基本知识之后,接下来让我们创建一张测试表,为表新增几个索引,然后插入几条记录,最后看看表的完整数据组织、存储结构式怎么样的。(注意:下面的实例,使用的表的结构为堆表形式,这也是Oracle/DB2/PostgreSQL等数据库采用的表组织形式,而不是InnoDB引擎所采用的聚簇索引表。其实,表结构采用何种形式并不重要,最重要的是理解下面章节的核心,在任何表结构中均适用)
create table t1 (a int primary key, b int, c int, d int, e varchar(20)); create index idx_t1_bcd on t1(b, c, d); insert into t1 values (4,3,1,1,’d’); insert into t1 values (1,1,1,1,’a’); insert into t1 values (8,8,8,8,’h’): insert into t1 values (2,2,2,2,’b’); insert into t1 values (5,2,3,5,’e’); insert into t1 values (3,3,2,2,’c’); insert into t1 values (7,4,5,5,’g’); insert into t1 values (6,6,4,4,’f’);
t1表的存储结构如下图所示(只画出了idx_t1_bcd索引与t1表结构,没有包括t1表的主键索引):
简单分析一下上图,idx_t1_bcd索引上有[b,c,d]三个字段(注意:若是InnoDB类的聚簇索引表,idx_t1_bcd上还会包括主键a字段),不包括[a,e]字段。idx_t1_bcd索引,首先按照b字段排序,b字段相同,则按照c字段排序,以此类推。记录在索引中按照[b,c,d]排序,但是在堆表上是乱序的,不按照任何字段排序。
3. SQL的where条件提取
在有了以上的t1表之后,接下来就可以在此表上进行SQL查询了,获取自己想要的数据。例如,考虑以下的一条SQL:
select * from t1 where b >= 2 and b < 8 and c > 1 and d != 4 and e != ‘a’;
一条比较简单的SQL,一目了然就可以发现where条件使用到了[b,c,d,e]四个字段,而t1表的idx_t1_bcd索引,恰好使用了[b,c,d]这三个字段,那么走idx_t1_bcd索引进行条件过滤,应该是一个不错的选择。接下来,让我们抛弃数据库的思想,直接思考这条SQL的几个关键性问题:
l. 此SQL,覆盖索引idx_t1_bcd上的哪个范围?
起始范围:记录[2,2,2]是第一个需要检查的索引项。索引起始查找范围由b >= 2,c > 1决定。
终止范围:记录[8,8,8]是第一个不需要检查的记录,而之前的记录均需要判断。索引的终止查找范围由b < 8决定;
2 .在确定了查询的起始、终止范围之后,SQL中还有哪些条件可以使用索引idx_t1_bcd过滤?
根据SQL,固定了索引的查询范围[(2,2,2),(8,8,8))之后,此索引范围中并不是每条记录都是满足where查询条件的。例如:(3,1,1)不满足c > 1的约束;(6,4,4)不满足d != 4的约束。而c,d列,均可在索引idx_t1_bcd中过滤掉不满足条件的索引记录的。
因此,SQL中还可以使用c > 1 and d != 4条件进行索引记录的过滤。
3.在确定了索引中最终能够过滤掉的条件之后,还有哪些条件是索引无法过滤的?
此问题的答案显而易见,e != ‘a’这个查询条件,无法在索引idx_t1_bcd上进行过滤,因为索引并未包含e列。e列只在堆表上存在,为了过滤此查询条件,必须将已经满足索引查询条件的记录回表,取出表中的e列,然后使用e列的查询条件e != ‘a’进行最终的过滤。
在理解以上的问题解答的基础上,做一个抽象,可总结出一套放置于所有SQL语句而皆准的where查询条件的提取规则:
所有SQL的where条件,均可归纳为3大类:Index Key (First Key & Last Key),Index Filter,Table Filter。
接下来,让我们来详细分析者3大类分别是如何定义,以及如何提取的。
l. Index Key
用于确定SQL查询在索引中的连续范围(起始范围+结束范围)的查询条件,被称之为Index Key。由于一个范围,至少包含一个起始与一个终止,因此Index Key也被拆分为Index First Key和Index Last Key,分别用于定位索引查找的起始,以及索引查询的终止条件。
1). Index First Key
用于确定索引查询的起始范围。提取规则:从索引的第一个键值开始,检查其在where条件中是否存在,若存在并且条件是=、>=,则将对应的条件加入Index First Key之中,继续读取索引的下一个键值,使用同样的提取规则;若存在并且条件是>,则将对应的条件加入Index First Key中,同时终止Index First Key的提取;若不存在,同样终止Index First Key的提取。
针对上面的SQL,应用这个提取规则,提取出来的Index First Key为(b >= 2, c > 1)。由于c的条件为 >,提取结束,不包括d。
2). Index Last Key
Index Last Key的功能与Index First Key正好相反,用于确定索引查询的终止范围。提取规则:从索引的第一个键值开始,检查其在where条件中是否存在,若存在并且条件是=、<=,则将对应条件加入到Index Last Key中,继续提取索引的下一个键值,使用同样的提取规则;若存在并且条件是 < ,则将条件加入到Index Last Key中,同时终止提取;若不存在,同样终止Index Last Key的提取。
针对上面的SQL,应用这个提取规则,提取出来的Index Last Key为(b < 8),由于是 < 符号,因此提取b之后结束。
2 .Index Filter
在完成Index Key的提取之后,我们根据where条件固定了索引的查询范围,但是此范围中的项,并不都是满足查询条件的项。在上面的SQL用例中,(3,1,1),(6,4,4)均属于范围中,但是又均不满足SQL的查询条件。
Index Filter的提取规则:同样从索引列的第一列开始,检查其在where条件中是否存在:若存在并且where条件仅为 =,则跳过第一列继续检查索引下一列,下一索引列采取与索引第一列同样的提取规则;若where条件为 >=、>、<、<= 其中的几种,则跳过索引第一列,将其余where条件中索引相关列全部加入到Index Filter之中;若索引第一列的where条件包含 =、>=、>、<、<= 之外的条件,则将此条件以及其余where条件中索引相关列全部加入到Index Filter之中;若第一列不包含查询条件,则将所有索引相关条件均加入到Index Filter之中。
针对上面的用例SQL,索引第一列只包含 >=、< 两个条件,因此第一列可跳过,将余下的c、d两列加入到Index Filter中。因此获得的Index Filter为 c > 1 and d != 4 。
3 .Table Filter
Table Filter是最简单,最易懂,也是提取最为方便的。提取规则:所有不属于索引列的查询条件,均归为Table Filter之中。
同样,针对上面的用例SQL,Table Filter就为 e != ‘a’。
3.1 Index Key/Index Filter/Table Filter小结
SQL语句中的where条件,使用以上的提取规则,最终都会被提取到Index Key (First Key & Last Key),Index Filter与Table Filter之中。
Index First Key,只是用来定位索引的起始范围,因此只在索引第一次Search Path(沿着索引B+树的根节点一直遍历,到索引正确的叶节点位置)时使用,一次判断即可;
Index Last Key,用来定位索引的终止范围,因此对于起始范围之后读到的每一条索引记录,均需要判断是否已经超过了Index Last Key的范围,若超过,则当前查询结束;
Index Filter,用于过滤索引查询范围中不满足查询条件的记录,因此对于索引范围中的每一条记录,均需要与Index Filter进行对比,若不满足Index Filter则直接丢弃,继续读取索引下一条记录;
Table Filter,则是最后一道where条件的防线,用于过滤通过前面索引的层层考验的记录,此时的记录已经满足了Index First Key与Index Last Key构成的范围,并且满足Index Filter的条件,回表读取了完整的记录,判断完整记录是否满足Table Filter中的查询条件,同样的,若不满足,跳过当前记录,继续读取索引的下一条记录,若满足,则返回记录,此记录满足了where的所有条件,可以返回给前端用户。
4 .结语
在读完、理解了以上内容之后,详细大家对于数据库如何提取where中的查询条件,如何将where中的查询条件提取为Index Key,Index Filter,Table Filter有了深刻的认识。以后在撰写SQL语句时,可以对照表的定义,尝试自己提取对应的where条件,与最终的SQL执行计划对比,逐步强化自己的理解。
同时,我们也可以回答文章开始提出的一个问题:MySQL 5.6中引入的Index Condition Pushdown,究竟是将什么Push Down到索引层面进行过滤呢?对了,答案是Index Filter。在MySQL 5.6之前,并不区分Index Filter与Table Filter,统统将Index First Key与Index Last Key范围内的索引记录,回表读取完整记录,然后返回给MySQL Server层进行过滤。而在MySQL 5.6之后,Index Filter与Table Filter分离,Index Filter下降到InnoDB的索引层面进行过滤,减少了回表与返回MySQL Server层的记录交互开销,提高了SQL的执行效率。
原文链接:http://hedengcheng.com/?p=577
SQL中的where条件,在数据库中提取与应用浅析的更多相关文章
- SQL Server 2008 错误15023:当前数据库中已存在用户或角色
解决SQL Server 2008 错误15023:当前数据库中已存在用户或角色,SQLServer2008,错误15023,在使用SQL Server 2008时,我们经常会遇到一个情况:需要把一台 ...
- 用SQL语句创建和删除Access数据库中的表;添加列和删除列
用SQL语句创建和删除Access数据库中的表;添加列和删除列 Posted on 2009-08-11 13:42 yunbo 阅读(1240) 评论(0) 编辑 收藏 用SQL语句创建和删除Acc ...
- sql通过某个字段名找到数据库中对应的表
sql通过某个字段名找到数据库中对应的表 SELECT sb.name FROM syscolumns s JOIN sysobjects sb ON s.id=sb.id WHERE s.name= ...
- 多线程查询数据,将结果存入到redis中,最后批量从redis中取数据批量插入数据库中【我】
多线程查询数据,将结果存入到redis中,最后批量从redis中取数据批量插入数据库中 package com.xxx.xx.reve.service; import java.util.ArrayL ...
- jsp中使用Servlet查询SQLSERVER数据库中的表的信息,并且打印在屏幕上
jsp中使用Servlet查询SQLSERVER数据库中的表的信息,并且打印在屏幕上 1.JavaBean的使用 package com.zheng; public class BookBean { ...
- Java实现购物车功能:方式一:存放在session中.方式二:存储在数据库中
//将购物车产品加入到cookie中,方式同浏览记录.Java实现购物车,方式一(简易版):存储在session中.这种方式实现还不严谨,大家看的时候看思路即可.(1). JSP页面中,选择某一款产品 ...
- ArcCatalog中通过ArcSDE向Oracle数据库中导入数据
将数据导入到Oracle指定的表空间的具体内容如下: 首先,在ArcCatalog中建立指定表空间的数据库连接(要以指定表空间的用户登录): 然后,在ArcCatlog中定位到数据源,选中并拷贝图层; ...
- SqlBulkCopy将DataTable中的数据批量插入数据库中
#region 使用SqlBulkCopy将DataTable中的数据批量插入数据库中 /// <summary> /// 注意:DataTable中的列需要与数据库表中的列完全一致.// ...
- 二十五、sql中where条件在数据库中提取与应用浅析
问题描述 一条SQL,在数据库中是如何执行的呢?相信很多人都会对这个问题比较感兴趣.当然,要完整描述一条SQL在数据库中的生命周期,这是一个非常巨大的问题,涵盖了SQL的词法解析.语法解析.权限检查. ...
- sql 2000以及2005以上获取数据库中所有的表(不包括系统表)
---------------------------------------------------------------------------- --sql 2005以上数据库 --- 获取数 ...
随机推荐
- 05: greenlet:轻量级的并发编程
网络编程其他篇 1.1 greenlet简介 1.greenlet原理 & 使用 1. greenle间切换 1)一个 “greenlet” 是一个很小的独立微线程,可以把它想像成一个堆栈帧, ...
- git 随笔
还有一些git的指令没有用过,记录在这里. 1. 设置远程branch的指令 There is no tracking information for the current branch.Pleas ...
- Java 之 FileReader FileInputStream InputStreamReader BufferedReader 作用与区别
ava.io下面有两个抽象类:InputStream和ReaderInputStream是表示字节输入流的所有类的超类Reader是用于读取字符流的抽象类InputStream提供的是字节流的读取,而 ...
- Codeforces 789D Weird journey - 欧拉路 - 图论
Little boy Igor wants to become a traveller. At first, he decided to visit all the cities of his mot ...
- VS2012创建ATL工程及使用MFC测试COM组件
一.创建ATL工程 1.创建ATL项目,取名为ATLMyCom 2.在ATL项目向导中,勾选[支持MFC](利用MFC测试用).[支持 COM+ 1.0],其余的选项默认,点击完成. 3.右键工程名称 ...
- ODAC(V9.5.15) 学习笔记(九)TOraSQLMonitor
名称 类型 说明 Active Boolean 激活SQL跟踪 DBMonitorOptions 将跟踪信息发送到dbMonitor工具软件的选择项 Host IP地址 Port 端口号 Reconn ...
- FireMonkey 源码学习(3)
五.TTextLayoutNG 在FMX.TextLayout.GPU.pas文件中,实现了几个基础功能,其中: (1)渲染单元 在TextLayout中,每一批同字体和颜色的1~n个字符,组成一个最 ...
- c# 之 Microsoft.Practices.EnterpriseLibrary连接Oracle
首先下载Microsoft Enterprise Library 5.0:http://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=15104,这 ...
- HIHOcoder 1466 后缀自动机六·重复旋律9
思路 后缀数组+博弈论的好题,首先对两个串都建出SAM,然后题目的要求实际上就是在SAM的trans上转移即可 DAG的博弈是经典问题,然后dfs求出SG函数,两个游戏的组合就是把SG函数异或起来,异 ...
- 题解——ATCoder AtCoder Grand Contest 017 B - Moderate Differences(数学,构造)
题面 B - Moderate Differences Time limit : 2sec / Memory limit : 256MB Score : 400 points Problem Stat ...