淺析數據庫的優化設計

［摘 要］本文主要從大型數據庫ORACLE環境四個不同級別的調整分析入手，分析ORACLE的系統結構和工作機理，優化是進行有目的的調整組件級以改善性能，即增加吞吐量，減少響應時間。如果DBA能從以下幾個方面綜合考慮優化方案，相信多數ORACLE應用可以做到按最優的方式來存取數據。

［關鍵詞］ORACLE 數據庫 優化設計

［中圖分類號］TP ［文獻標識碼］A ［文章編號］1009－5489(2008)05－0171－02

對數據庫進行調整、優化，數據庫的整體性能會得到很大的改善。下面從幾個不同方面介紹數據庫優化設計方案。

一、數據庫優化自由結構OFA(Optimal flexible Architecture)

數據庫的邏輯配置對數據庫性能有很大的影響，為此，ORACLE公司對表空間設計提出了一種優化結構OFA。使用這種結構進行設計會大大簡化物理設計中的數據管理。優化自由結構OFA，簡單地講就是在數據庫中可以高效自由地分布邏輯數據對象，因此首先要對數據庫中的邏輯對象根據他們的使用方式和物理結構對數據庫的影響來進行分類，這種分類包括將系統數據和用戶數據分開、一般數據和索引數據分開、低活動表和高活動表分開等等。

二、規范與反規范設計數據庫

1.規范化

范式是符合某一級別的關系模式的集合，根據約束條件的不同，一般有1NF、2NF、3NF三種范式。規范化理論是圍繞這些范式而建立的。規范化的基本思想是逐步消除數據依賴中不合適的部分，使模式中的各關系模式達到某種程度的“分離”，即采用“一事一地”的模式設計原則，因此，所謂規范化實質上就是概念的單一化。數據庫中數據規范化的優點是減少了數據冗余，節約了存儲空間，相應邏輯和物理的I/O次數減少，同時加快了增、刪、改的速度。但是一個完全規范化的設計并不總能生成最優的性能，因為對數據庫查詢通常需要更多的連接操作，從而影響到查詢的速度。故有時為了提高某些查詢或應用的性能而有意破壞規范規則，即反規范化。

2.反規范化

在進行反規范設計之前，要充分考慮數據的存取需求，常用表的大小、特殊的計算、數據的物理存儲等。常用的反規范技術有合理增加冗余列、派生列，或重新組表幾種。反規范化的好處是降低連接操作的需求、降低外碼和索引數目，減少表的個數，從而提高查詢速度，這對于性能要求相對較高的數據庫系統來說，能有效地改善系統的性能，但相應的問題是可能影響數據的完整性，加快查詢速度的同時降低修改速度。

3.數據庫設計中的優化策略

數據應當按兩種類別進行組織：頻繁訪問的數據和頻繁修改的數據。對于頻繁訪問但是不頻繁修改的數據，內部設計應當物理不規范化。對于頻繁修改但并不頻繁訪問的數據，內部設計應當物理規范化。比較復雜的方法是將規范化的表作為邏輯數據庫設計的基礎，然后再根據整個應用系統的需要，物理地非規范化數據。規范與反規范都是建立在實際的操作基礎之上的約束，脫離了實際兩者都沒有意義。只有把兩者合理地結合在一起，才能相互補充，發揮各自的優點。

三、索引Index的優化設計

1.管理組織索引

索引可以大大加快數據庫的查詢速度，索引把表中的邏輯值映射到安全的RowID，因此索引能進行快速定位數據的物理地址。但是有些DBA發現，對一個大型表建立的索引，并不能改善數據查詢速度，反而會影響整個數據庫的性能。這主要是和SGA的數據管理方式有關。ORACLE在進行數據塊高速緩存管理時，索引數據比普通數據具有更高的駐留權限，在進行空間競爭時，ORACLE會先移出普通數據。對一個建有索引的大型表的查詢時，索引數據可能會用完所有的數據塊緩存空間，ORACLE不得不頻繁地進行磁盤讀寫來獲取數據，因此在對一個大型表進行分區之后，可以根據相應的分區建立分區索引。如果對這樣大型表的數據查詢比較頻繁，或者干脆不建索引。另外，DBA創建索引時，應盡量保證該索引最可能地被用于where子句中，如果對查詢只簡單地制定一個索引，并不一定會加快速度，因為索引必須指定一個適合所需的訪問路徑。

2.聚簇的使用

Oracle提供了另一種方法來提高查詢速度，就是聚簇(Cluster)。所謂聚簇，簡單地說就是把幾個表放在一起，按一定公共屬性混合存放。聚簇根據共同碼值將多個表的數據存儲在同一個Oracle塊中，這時檢索一組Oracle塊就同時得到兩個表的數據，這樣就可以減少需要存儲的Oracle塊，從而提高應用程序的性能。

3.優化設置的索引，就必須充分利用才能加快數據庫訪問速度。ORACLE要使用一個索引，有一些最基本的條件：(1)where子名中的這個字段，必須是復合索引的第一個字段；(2)where子名中的這個字段，不應該參與任何形式的計算。

四、使用最優的數據庫連接和SQL優化方案

1.使用直接的OLE DB數據庫連接方式。

通過ADO可以使用兩種方式連接數據庫，一種是傳統的ODBC方式，一種是OLE DB方式。ADO是建立在OLE DB技術上的，為了支持ODBC，必須建立相應的OLE DB到ODBC的調用轉換，而使用直接的OLE DB方式則不需轉換，從而提高處理速度。

2.使用Connection Pool機制

在數據庫處理中，資源花銷最大的是建立數據庫連接，而且用戶還會有一個較長的連接等待時間。解決的辦法就是復用現有的Connection，也就是使用Connection Pool對象機制。

Connection Pool的原理是：IIS+ASP體系中維持了一個連接緩沖池，這樣，當下一個用戶訪問時，直接在連接緩沖池中取得一個數據庫連接，而不需重新連接數據庫，因此可以大大地提高系統的響應速度。

3.高效地進行SQL語句設計

通常情況下，可以采用下面的方法優化SQL對數據操作的表現：

(1)減少對數據庫的查詢次數，即減少對系統資源的請求，使用快照和顯形圖等分布式數據庫對象可以減少對數據庫的查詢次數。

(2)盡量使用相同的或非常類似的SQL語句進行查詢，這樣不僅充分利用SQL共享池中的已經分析的語法樹，要查詢的數據在SGA中命中的可能性也會大大增加。

(3)限制動態SQL的使用，雖然動態SQL很好用，但是即使在SQL共享池中有一個完全相同的查詢值，動態SQL也會重新進行語法分析。

(4)避免不帶任何條件的SQL語句的執行。沒有任何條件的SQL語句在執行時，通常要進行FTS，數據庫先定位一個數據塊，然后按順序依次查找其他數據，對于大型表這將是一個漫長的過程。

(5)如果對有些表中的數據有約束，最好在建表的SQL語句用描述完整性來實現，而不是用SQL程序中實現。

(6)可以通過取消自動提交模式，將SQL語句匯集一組執行后集中提交，程序還可以通過顯式地用COMMIT和ROLLBACL進行提交和回滾該事務。

(7)檢索大量數據時費時很長，設置行預取數則能改善系統的工作表現，設置一個最大值，當SQL語句返回行超過該值，數值庫暫時停止執行，除非用戶發出新的指令，開始組織并顯示數據，而不是讓用戶繼續等待。

五、結語

總之，對所有的性能問題，沒有一個統一的解決方法，但ORACLE提供了豐富的選擇環境，可以從ORACLE數據庫的體系結構、軟件結構、模式對象以及具體的業務和技術實現出發，進行統籌考慮。提高系統性能需要一種系統的整體的方法，在對數據庫進行優化時，應對應用程序、I/O子系統和操作系統(OS)進行相應的優化。優化是有目的地更改系統的一個或多個組件，使其滿足一個或多個目標的過程。

［參考文獻］

［1］甕正科、王新英：《Oracle 8.X For Windows NT實用教程》，清華大學出版社1999年版。

［2］Kevin Loney：《Oracle8i數據庫管理員手冊》，機械工業出版社2000年版。

［3］周渝斌：《基于ORACLE8i的大型數據庫技術講座之一數據庫優化篇》，《電腦編程技巧與維護》2002年4月。