Optimalisatie van SQL- query's is cruciaal voor het verbeteren van de prestaties van relationele databasebeheersystemen (RDBMS) . Het doel van query-optimalisatie is het vinden van de meest efficiënte manier om een query uit te voeren, waardoor de responstijden worden verkort, het resourceverbruik wordt geminimaliseerd en de prestaties van uw databasetoepassingen worden verbeterd.
Relationele databases verwerken een enorme hoeveelheid gegevens, en dit efficiënt doen is van cruciaal belang voor het behoud van een goed presterende applicatie. Slecht ontworpen en geschreven SQL-query's kunnen de gebruikerservaring aanzienlijk beïnvloeden, omdat ze applicaties kunnen vertragen en overmatige systeembronnen kunnen verbruiken. Het begrijpen en toepassen van technieken voor het optimaliseren van SQL-query's kan het vermogen van uw RDBMS om gegevens efficiënt en snel te beheren en op te halen aanzienlijk verbeteren.
Afbeeldingsbron: SQLShack
De rol van de database-engine
De database-engine vormt de kern van elk RDBMS en is verantwoordelijk voor het verwerken en beheren van gegevens die zijn opgeslagen in de relationele databases. Het speelt een cruciale rol bij het optimaliseren van query's door SQL-instructies te interpreteren, uitvoeringsplannen te genereren en gegevens zo efficiënt mogelijk uit de opslag op te halen.
Wanneer u een query verzendt, transformeert de query-optimalisatiefunctie van de database-engine de SQL-instructie in een of meer uitvoeringsplannen. Deze plannen vertegenwoordigen verschillende manieren om de query te verwerken, en de optimalisatie selecteert de beste op basis van kostenramingen, zoals I/O- en CPU-gebruik. Dit proces staat bekend als het compileren van query's, dat bestaat uit het parseren, optimaliseren en genereren van het gewenste uitvoeringsplan.
Het gekozen uitvoeringsplan definieert hoe de database-engine de door de SQL-instructie gevraagde gegevens zal benaderen, filteren en retourneren. Een efficiënt uitvoeringsplan moet het resourceverbruik minimaliseren, de responstijden verkorten en betere applicatieprestaties leveren.
Hoe prestatieknelpunten te identificeren
Het identificeren van prestatieknelpunten in uw SQL-query's is cruciaal voor het optimaliseren van de prestaties ervan. Met de volgende technieken kunt u de gebieden ontdekken waar uw queryprestaties mogelijk achterblijven:
- Analyseer uitvoeringsplannen voor query's: Uitvoeringsplannen bieden een visuele weergave van de bewerkingen die door de database-engine worden uitgevoerd om uw SQL-query's uit te voeren. Door het uitvoeringsplan te beoordelen, kunt u potentiële knelpunten identificeren, zoals tabelscans, dure joins of onnodige sorteerbewerkingen. Dit kan u helpen uw query's of databaseschema aan te passen om de prestaties te verbeteren.
- Gebruik profilers en diagnostische hulpprogramma's: Veel RDBMS bieden ingebouwde profilers en diagnostische hulpprogramma's waarmee u de prestaties van SQL-query's kunt controleren door het meten van Key Performance Indicators (KPI's), zoals responstijden, CPU-gebruik, geheugenverbruik en schijf-I/O . Met deze inzichten kunt u problematische zoekopdrachten opsporen en de prestatieproblemen ervan aanpakken.
- Onderzoek databasestatistieken: het monitoren van databaseprestatiestatistieken, zoals het aantal gelijktijdige verbindingen, de uitvoeringssnelheid van query's en het gebruik van de bufferpool, kan u waardevolle inzichten geven in de gezondheid van uw RDBMS en u helpen gebieden te identificeren waar prestatieverbeteringen nodig zijn.
- Profielapplicatieprestaties: tools voor het profileren van applicatieprestaties, zoals AppDynamics APM of New Relic, kunnen u helpen de databaseprestaties te correleren met applicatiegedrag door belangrijke statistieken vast te leggen, zoals responstijden, doorvoersnelheden en applicatietraceringen. Hiermee kunt u langzaam presterende query's detecteren en de specifieke codesegmenten lokaliseren die de knelpunten veroorzaken.
- Voer belastingtests uit: met belastingtests worden gelijktijdige gebruikers en transacties gesimuleerd, waardoor uw RDBMS onder druk komt te staan en potentiële schaalbaarheidsproblemen of prestatieknelpunten aan het licht komen. Door de resultaten van belastingtests te analyseren, kunt u zwakke punten in uw SQL-query's identificeren en de nodige optimalisaties implementeren.
Door prestatieknelpunten in uw SQL-query's te identificeren en aan te pakken, kunt u de uitvoering ervan effectief optimaliseren en de efficiëntie van uw databasesystemen aanzienlijk verbeteren.
Best practices voor het ontwerpen van query's
Het ontwerpen van efficiënte SQL-query's is de eerste stap op weg naar optimale prestaties in relationele databases. Door deze best practices te volgen, kunt u de responsiviteit en schaalbaarheid van uw databasesysteem verbeteren:
- Selecteer specifieke kolommen in plaats van een jokerteken te gebruiken: vermijd het gebruik van het jokerteken asterisk (*) om alle kolommen uit een tabel op te halen bij het schrijven van SELECT-instructies. Geef in plaats daarvan de kolommen op die u moet ophalen. Dit vermindert de hoeveelheid gegevens die vanuit de database naar de client wordt verzonden en minimaliseert onnodig gebruik van bronnen.
DOEN:SELECT column1, column2, column3 FROM table_name;NIET DOEN:SELECT * FROM table_name;
- Minimaliseer het gebruik van subquery's: Subquery's kunnen de prestaties van uw SQL-query's verslechteren als ze niet oordeelkundig worden gebruikt. Kies waar mogelijk voor JOIN-bewerkingen of tijdelijke tabellen om de overhead van geneste query's te vermijden.
DOEN:SELECT t1.column1, t2.column2 FROM table1 AS t1 JOIN table2 AS t2 ON t1.ID = t2.ID;NIET DOEN:SELECT column1, (SELECT column2 FROM table2 WHERE table1.ID = table2.ID) FROM table1;
- Benut de kracht van de WHERE-clausule: gebruik de WHERE-clausule om onnodige gegevens bij de bron te filteren. Als u dit wel doet, kan het aantal records dat door de query wordt geretourneerd aanzienlijk worden verminderd, wat resulteert in snellere prestaties.
SELECT column1, column2 FROM table_name WHERE column3 = 'some_value';- Kies voor efficiënte JOIN-bewerkingen: Kies het juiste type JOIN's voor uw databasesysteem. INNER JOIN's zijn doorgaans sneller dan OUTER JOIN's, omdat ze alleen overeenkomende rijen uit beide tabellen retourneren. Vermijd CROSS JOINs waar mogelijk, omdat deze grote cartesiaanse producten produceren die veel hulpbronnen kunnen vergen.
- Paginering implementeren: het ophalen van grote resultatensets in één enkele query kan leiden tot een hoog geheugengebruik en trage prestaties. Implementeer paginering met behulp van de LIMIT- en OFFSET-clausules om indien nodig kleinere hoeveelheden gegevens op te halen.
SELECT column1, column2 FROM table_name WHERE some_condition ORDER BY column3 LIMIT 10 OFFSET 20;- Gebruik aggregatiefuncties verstandig: aggregatiefuncties zoals COUNT, SUM, AVG, MIN en MAX kunnen worden geoptimaliseerd door de juiste indexen en filtervoorwaarden in de WHERE-clausule te gebruiken. Dit kan de prestaties van uw zoekopdrachten aanzienlijk verbeteren.
Gebruik van indexen en uitvoeringsplannen
Indexen en uitvoeringsplannen spelen een cruciale rol bij de optimalisatie van SQL-query's. Als u het doel en gebruik ervan begrijpt, kunt u het meeste uit uw RDBMS halen:
- Gebruik de juiste indexen: Indexen kunnen de prestaties van zoekopdrachten verbeteren door snellere toegang te bieden tot specifieke rijen en kolommen in een tabel. Maak indexen voor kolommen die vaak worden gebruikt in WHERE-clausules, JOIN-bewerkingen of ORDER BY-clausules. Houd rekening met de nadelen, aangezien te veel indexen de overhead van updates en invoegingen kunnen vergroten.
- Analyseer uitvoeringsplannen: Uitvoeringsplannen zijn visuele weergaven van de stappen en bewerkingen die door de database-engine worden uitgevoerd om een query uit te voeren. Door uitvoeringsplannen te analyseren, kunt u prestatieknelpunten identificeren en passende optimalisaties implementeren. Uitvoeringsplannen onthullen vaak inzichten over tabelscans, indexgebruik en join-methoden.
- Statistieken bijwerken en uitvoeringsplannen opnieuw compileren: Database-engines gebruiken statistieken en metagegevens over de tabellen om optimale uitvoeringsplannen te genereren. Ervoor zorgen dat de statistieken up-to-date zijn, kan tot betere prestaties leiden. Op dezelfde manier kan het handmatig opnieuw compileren van uitvoeringsplannen aanzienlijke prestatievoordelen bieden, vooral wanneer de onderliggende gegevens, het schema of de SQL Server-instellingen zijn gewijzigd.
Query's optimaliseren met hints
Queryhints zijn richtlijnen of instructies die zijn ingebed in SQL-query's en die de database-engine begeleiden bij het uitvoeren van een bepaalde query. Ze kunnen worden gebruikt om het uitvoeringsplan te beïnvloeden, specifieke indexen te kiezen of het standaardgedrag van de database-optimalisatie te overschrijven. Gebruik queryhints spaarzaam en alleen na grondig testen, omdat deze onbedoelde gevolgen kunnen hebben. Enkele voorbeelden van queryhints zijn:
- Indexhints: Deze hints instrueren de database-engine om een bepaalde index te gebruiken voor een specifieke tabel in een query. Dit kan de uitvoering van query's helpen versnellen door de optimalisatie te dwingen een efficiëntere index te gebruiken.
SELECT column1, column2 FROM table_name WITH (INDEX(index_name)) WHERE column3 = 'some_value';- JOIN-hints: JOIN-hints bepalen voor de optimalisatie welke JOIN-methoden moeten worden gebruikt, zoals geneste lussen, hash-joins of merge-joins. Dit kan handig zijn in gevallen waarin de standaard JOIN-methode die door de optimalisatie is gekozen, niet optimaal is.
SELECT column1, column2 FROM table1 INNER LOOP JOIN table2 ON table1.ID = table2.ID;- Parallellisme-hints: Door parallellisme-hints te gebruiken, kunt u de mate van parallellisme bepalen die door de database-engine wordt gebruikt voor een specifieke query. Hierdoor kunt u de toewijzing van middelen verfijnen om betere prestaties te bereiken.
SELECT column1, column2 FROM table_name WHERE column3 = 'some_value' OPTION (MAXDOP 4);Houd er rekening mee dat hoewel zoekopdrachthints u kunnen helpen bij het optimaliseren van specifieke zoekopdrachten, ze voorzichtig en na grondige analyse moeten worden gebruikt, omdat ze soms tot suboptimaal of onstabiel gedrag kunnen leiden. Test uw vragen altijd met en zonder de hints om de beste aanpak voor uw situatie te bepalen.
Een goed ontworpen databaseschema, efficiënte SQL-query's en het juiste gebruik van indexen zijn cruciale factoren bij het bereiken van optimale prestaties in relationele databases. En als u applicaties nog sneller wilt bouwen , kunt u het no-code- platform van AppMaster gebruiken, waarmee u eenvoudig schaalbare web-, mobiele en backend-applicaties kunt maken.
Queryprestaties analyseren met profilers en diagnostische hulpprogramma's
Het optimaliseren van SQL-query's vereist een diepgaand inzicht in hun prestatiekenmerken, die kunnen worden geanalyseerd met behulp van verschillende profilerings- en diagnostische tools. Met deze hulpprogramma's krijgt u inzicht in de uitvoering van query's, het gebruik van bronnen en potentiële problemen, zodat u knelpunten effectief kunt identificeren en aanpakken. Hier bespreken we enkele essentiële hulpmiddelen en technieken voor het analyseren van de prestaties van SQL-query's.
SQL Server-profiler
SQL Server Profiler is een krachtig diagnostisch hulpmiddel dat beschikbaar is in Microsoft SQL Server. Hiermee kunt u de gebeurtenissen in een SQL Server-instantie monitoren en traceren, gegevens over individuele SQL-instructies vastleggen en hun prestaties analyseren. Profiler helpt u langzaam lopende zoekopdrachten te vinden, knelpunten te identificeren en potentiële optimalisatiemogelijkheden te ontdekken.
Oracle SQL Trace en TKPROF
In Oracle-databases helpt SQL Trace bij het verzamelen van prestatiegerelateerde gegevens voor individuele SQL-instructies. Het genereert traceerbestanden die kunnen worden geanalyseerd met het TKPROF-hulpprogramma, dat de onbewerkte traceergegevens in een beter leesbaar formaat formatteert. Het door TKPROF gegenereerde rapport biedt gedetailleerde informatie over het uitvoeringsplan, de verstreken tijden en het resourcegebruik voor elke SQL-instructie, wat van onschatbare waarde kan zijn bij het identificeren en optimaliseren van problematische query's.
MySQL-prestatieschema en query-analysator
MySQL Performance Schema is een opslagengine die instrumentatie biedt voor het profileren en diagnosticeren van prestatieproblemen op een MySQL-server. Het legt informatie vast over verschillende prestatiegerelateerde gebeurtenissen, waaronder de uitvoering van query's en het gebruik van bronnen. De prestatieschemagegevens kunnen vervolgens worden opgevraagd en geanalyseerd om prestatieknelpunten te identificeren. Bovendien is MySQL Query Analyzer, een onderdeel van MySQL Enterprise Monitor, een grafische tool die inzicht geeft in de prestaties van query's en helpt bij het identificeren van problematische query's. Het bewaakt realtime query-activiteit, analyseert uitvoeringsplannen en geeft aanbevelingen voor optimalisatie.
UITLEGGEN en VERKLAREN ANALYSEREN
De meeste RDBMS bieden de opdracht EXPLAIN om het uitvoeringsplan voor query's te analyseren. De opdracht EXPLAIN biedt inzicht in de manier waarop de database-engine een bepaalde SQL-query verwerkt, waarbij de bewerkingen, de volgorde van uitvoering, methoden voor toegang tot tabellen, join-typen en meer worden weergegeven. In PostgreSQL biedt het gebruik van EXPLAIN ANALYZE aanvullende informatie over daadwerkelijke uitvoeringstijden, rijtellingen en andere runtimestatistieken. Als u de uitvoer van de opdracht EXPLAIN begrijpt, kunt u probleemgebieden, zoals inefficiënte joins of volledige tabelscans, herkennen en uw optimalisatie-inspanningen begeleiden.
Algemene SQL-queryoptimalisatiepatronen
Er kunnen talloze optimalisatiepatronen worden toegepast op SQL-query's voor betere prestaties. Enkele veel voorkomende patronen zijn:
Gecorreleerde subquery's herschrijven als joins
Gecorreleerde subquery's kunnen een belangrijke bron van slechte prestaties zijn, omdat ze voor elke rij in de buitenste query één keer worden uitgevoerd. Het herschrijven van gecorreleerde subquery's als reguliere of laterale joins kan vaak leiden tot aanzienlijke verbeteringen in de uitvoeringstijd.
IN-clausules vervangen door EXISTS- of JOIN-bewerkingen
Het gebruik van de IN clausule kan soms resulteren in suboptimale prestaties, vooral als het om grote datasets gaat. Het vervangen van de IN clausule door een EXISTS subquery of een JOIN bewerking kan helpen de SQL-query te optimaliseren doordat de database-engine beter gebruik kan maken van indexen en andere optimalisatietechnieken.
Indexvriendelijke predikaten gebruiken in WHERE-clausules
Indexen kunnen de prestaties van query's aanzienlijk verbeteren, maar zijn alleen effectief als de SQL-query is ontworpen om ze op de juiste manier te gebruiken. Zorg ervoor dat uw WHERE clausules indexvriendelijke predikaten gebruiken: voorwaarden die effectief kunnen worden geëvalueerd met behulp van de beschikbare indexen. Dit kan het gebruik van geïndexeerde kolommen inhouden, het gebruik van geschikte vergelijkingsoperatoren en het vermijden van functies of expressies die het gebruik van indexen verhinderen.
Gematerialiseerde weergaven maken voor complexe berekeningen
Gematerialiseerde weergaven slaan het resultaat van een query op en kunnen worden gebruikt om de uitvoer van complexe berekeningen of aggregaties in de cache op te slaan die vaak worden gebruikt maar zelden worden bijgewerkt. Het gebruik van gematerialiseerde weergaven kan leiden tot aanzienlijke prestatieverbeteringen voor leesintensieve werklasten.
Optimalisatie en onderhoudbaarheid in evenwicht brengen
Hoewel het optimaliseren van SQL-query's cruciaal is voor het bereiken van goede databaseprestaties, is het essentieel om een evenwicht te vinden tussen optimalisatie en onderhoudbaarheid. Overmatige optimalisatie kan leiden tot complexe en moeilijk te begrijpen code, waardoor het lastig wordt om deze te onderhouden, te debuggen en aan te passen. Om een evenwicht te vinden tussen optimalisatie en onderhoudbaarheid, kunt u het volgende overwegen:
- Meet de impact: Richt uw optimalisatie-inspanningen op zoekopdrachten die de prestaties aanzienlijk beïnvloeden. Gebruik profilerings- en diagnostische tools om de meest problematische vragen te identificeren en geef prioriteit aan de vragen die van invloed zijn op kritieke systeemfuncties of die het grootste prestatieverbeteringspotentieel hebben.
- Stapsgewijs optimaliseren : breng bij het optimaliseren van een query stapsgewijze wijzigingen aan en meet de prestatieverbeteringen na elke wijziging. Deze aanpak helpt bij het identificeren van specifieke optimalisaties die de belangrijkste voordelen bieden en stelt u in staat te verifiëren dat de query nog steeds de juiste resultaten oplevert.
- Behoud de leesbaarheid van de code : houd uw SQL-query's leesbaar en goed gestructureerd. Zorg ervoor dat de optimalisaties die u toepast het doel van de query niet verdoezelen of het voor andere ontwikkelaars moeilijker maken om deze te begrijpen.
- Documenteer uw optimalisaties : Wanneer u optimalisaties toepast op een SQL-query, documenteer dan de wijzigingen en leg hun redenering uit. Dit maakt het voor andere teamleden gemakkelijker om de optimalisaties te begrijpen en stelt hen in staat weloverwogen beslissingen te nemen bij het wijzigen van de query in de toekomst.
Het vinden van de juiste balans tussen optimalisatie en onderhoudbaarheid zorgt ervoor dat uw relationele databases en applicaties de gewenste prestaties kunnen leveren en tegelijkertijd flexibel, onderhoudbaar en aanpasbaar aan toekomstige veranderingen blijven.
