第9章DataBase

数据库系统概论An Introduction to Database System

第九章 关系查询处理和查询优化

An Introduction to Database System

第九章 关系系统及其查询优化9.1 关系数据库系统的查询处理9.2 关系数据库系统的查询优化

9.3 代数优化9.4 物理优化 9.5 小 结

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关系系统及其查询优化(续) 本章目的： RDBMS的查询处理步骤 查询优化的概念 基本方法和技术 查询优化分类 ： 代数优化 物理优化

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9.1 关系数据库系统的查询处理 9.1.1 查询处理步骤 9.1.2 实现查询操作的算法示例

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9.1.1 查询处理步骤 RDBMS查询处理阶段 ：

1. 查询分析

2. 查询检查3. 查询优化

4. 查询执行

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查询处理步骤(续)

An Introduction to Database System 查询处理步骤

1. 查询分析 对查询语句进行扫描、词法分析和语法分析 从查询语句中识别出语言符号 进行语法检查和语法分析

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2. 查询检查

根据数据字典对合法的查询语句进行语义检查 根据数据字典中的用户权限和完整性约束定义对用户的存

取权限进行检查

检查通过后把SQL查询语句转换成等价的关系代数表达式 RDBMS一般都用查询树(语法分析树)来表示扩展的关系代

数表达式

把数据库对象的外部名称转换为内部表示An Introduction to Database System

3. 查询优化 查询优化：选择一个高效执行的查询处理策略 查询优化分类 ： 代数优化：指关系代数表达式的优化 物理优化：指存取路径和底层操作算法的选择

查询优化方法选择的依据： 基于规则(rule based) 基于代价(cost based) 基于语义(semantic based)An Introduction to Database System

4. 查询执行 依据优化器得到的执行策略生成查询计划 代码生成器(code generator)生成执行查询计划的代码

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9.1 关系数据库系统的查询处理 9.1.1 查询处理步骤

9.1.2 实现查询操作的算法示例

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9.1.2 实现查询操作的算法示例 一、 选择操作的实现 二、 连接操作的实现

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一、 选择操作的实现 [例1]Select * from student where <条件表达式> ;

考虑<条件表达式>的几种情况：C1:无条件； C2:Sno='200215121'; C3:Sage>20; C4:Sdept='CS' AND Sage>20;

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选择操作的实现(续) 选择操作典型实现方法： 1. 简单的全表扫描方法

对查询的基本表顺序扫描，逐一检查每个元组是否满足选择 条件，把满足条件的元组

作为结果输出 适合小表，不适合大表

2. 索引(或散列)扫描方法

适合选择条件中的属性上有索引(例如B+树索引或Hash索引)通过索引先找到满足条件的元组主码或元组指针，再通过元 组指针直接在查询的基本表中找到元组

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选择操作的实现(续) [例1-C2] 以C2为例，Sno=‘200215121’,并且Sno上有

索引(或Sno是散列码) 使用索引(或散列)得到Sno为‘200215121’ 元组的指针 通过元组指针在student表中检索到该学生

[例1-C3] 以C3为例，Sage>20,并且Sage 上有B+树索引 使用B+树索引找到Sage=20的索引项，以此为入口点在B+树 的顺序集上得到Sage>20的所有元组指针 通过这些元组指针到student表中检索到所有年龄大于20的学 生。

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选择操作的实现(续) [例1-C4] 以C4为例，Sdept=‘CS’ AND Sage>20,如 果Sdept和Sage上都有索引： 算法一：分别用上面两种方法分别找到Sdept=‘CS’的一组

元组指针和Sage>20的另一组元组指针

求这2组指针的交集 到student表中检索 得到计算机系年龄大于20的学生

算法二：找到Sdept=‘CS’的一组元组指针，

通过这些元组指针到student表中检索 对得到的元组检查另一些选择条件(如Sage>20)是否满足 把满足条件的元组作为结果输出。An Introduction to Database System

二、 连接操作的实现 连接操作是查询处理中最耗时的操作之一 本节只讨论等值连接(或自然连接)最常用的实现算法 [例2] SELECT * FROM Student,SC

WHERE Student.Sno=SC.Sno;

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连接操作的实现(续) 1. 嵌套循环方法(nested loop) 2. 排序-合并方法(sort-merge join 或merge join) 3. 索引连接(index join)方法

4. Hash Join方法

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连接操作的实现(续)1.

嵌套循环方法(nested loop)

对外层循环(Student)的每一个元组(s),检索内层循环 (SC)中的每一个元组(sc) 检查这两个元组在连接属性(sno)上是否相等 如果满足连接条件，则串接后作为结果输出，直到外 层循环表中的元组处理完为止

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连接操作的实现(续)2. 排序-合并方法(sort-merge join 或merge join) 适合连接的诸表已经排好序的情况

排序-合并连接方法的步骤：

如果连接的表没有排好序，先对Student表和SC表按连接属性 Sno排序

取Student表中第一个Sno,依次扫描SC表中具有相同Sno的元 组

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连接操作的实现(续)200215121 200215122 200215123 200215124 . . . 200215121 1 92 200215121 2 85 200215121 3 88

200215122 2 90200215122 3 80. .

.

排序-合并连接方法示意图

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