數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中查詢優(yōu)化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊瑩鵑

摘要：隨著信息化時代的到來，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用到生活與工作中，特別是信息化建設(shè)方面表現(xiàn)更加明顯?，F(xiàn)今，隨著科技的不斷發(fā)展，我國數(shù)據(jù)庫展現(xiàn)出了自動化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化、大型化、標(biāo)準(zhǔn)化等幾大特征，這也是我國數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的發(fā)展趨向。對于數(shù)據(jù)管理的普遍應(yīng)用，不僅使我國科技得到穩(wěn)定發(fā)展，更使得我國的經(jīng)濟(jì)持續(xù)向前。其實(shí)，國外對于數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的研究比我國要早很多，在各個方面也先進(jìn)于我國的數(shù)據(jù)庫管理，即使我國后來對于數(shù)據(jù)管理研究也不斷在發(fā)展，但是與國外相比依舊有一定的距離。因此，該文以我國現(xiàn)今主要的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)OSCAR為主，著重探討關(guān)于查詢優(yōu)化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并提出一些具有實(shí)踐意義的方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫管理；查詢優(yōu)化；設(shè)計(jì)；核心技術(shù)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）25-0014-03

1 前言

隨著我國的信息化技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已經(jīng)逐漸被廣泛地應(yīng)用到各個方面，特別是在信息化建設(shè)上，更是有著突出的表現(xiàn)。并且，隨著信息化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的不斷挖掘，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)也已經(jīng)運(yùn)用到商業(yè)領(lǐng)域方面，就我國自己的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)展來看，宏觀上數(shù)據(jù)管理應(yīng)用到商業(yè)領(lǐng)域上面一直有著國家的政策支持，比如著名的863計(jì)劃，就是針對數(shù)據(jù)庫管理的應(yīng)用而設(shè)置的。同時由于科技的不斷進(jìn)步，技術(shù)發(fā)展對于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)與要求也越來越高，因此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的查詢優(yōu)化就顯得至關(guān)重要，并且具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。因此，本文以查詢優(yōu)化為主，希望找尋最佳的方式，掌握其方法。

2 查詢優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 查詢優(yōu)化的一般準(zhǔn)則

對于數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)來說，查詢效率是其重要部分，而查詢優(yōu)化的方法從一定程度上可以使查詢效率得以改善。但無論是從改善的優(yōu)化程度方面，還是從資源策略方面，這都不是最佳的方案。因此對于數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的查詢優(yōu)化一般按照其一般準(zhǔn)則進(jìn)行。常規(guī)來說，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)查詢優(yōu)化一般準(zhǔn)則有五個部分組成。一是盡量使用優(yōu)化運(yùn)算進(jìn)行，這樣從根本上節(jié)約了運(yùn)算時間，進(jìn)而提高了運(yùn)算的效率。二是根據(jù)實(shí)際的數(shù)據(jù)管理情況，采用合理的連接進(jìn)行預(yù)處理。通常來說，在預(yù)處理的過程中會使用兩種方法，一種是索引，第二種是分排序合并，在方法選擇上根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行挑選。三是在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)優(yōu)化的時候運(yùn)用兩種計(jì)算方法，由于是同時進(jìn)行計(jì)算因此就減少了不必要的重復(fù)環(huán)節(jié)，節(jié)約時間成本，提高優(yōu)化效率。四是在運(yùn)算的過程中，提取相應(yīng)的相同的子表達(dá)式，如果在外部進(jìn)行子表達(dá)式讀取時發(fā)現(xiàn)比內(nèi)部速度要快，可以使之變成公共表達(dá)式，進(jìn)而提高了表達(dá)的有效性，最終使優(yōu)化效率得到有效提高。五是構(gòu)建連接運(yùn)算。連接運(yùn)算的構(gòu)建是在基于笛卡爾積的基礎(chǔ)之上。在實(shí)際的操作之中，也要根據(jù)笛卡爾積的運(yùn)算原理，使得運(yùn)算變得更加快捷與方便，有效節(jié)約時間，進(jìn)而使提高優(yōu)化效率。

2.2 查詢優(yōu)化規(guī)則系統(tǒng)

查詢優(yōu)化規(guī)則時要根據(jù)具體的研究對象與目標(biāo)而言，其自身的優(yōu)化規(guī)則系統(tǒng)的范圍也更加廣泛，所以總體來講運(yùn)用查詢優(yōu)化系統(tǒng)是從Client/Server結(jié)構(gòu)出發(fā)而進(jìn)行整體的運(yùn)行，其使整個系統(tǒng)形成一種擁有邏輯的快速計(jì)算模式，并且還集合了內(nèi)存、邏輯等數(shù)據(jù)為一體，在處理其他方面數(shù)據(jù)時候也同樣適用。然而使用查詢優(yōu)化規(guī)則系統(tǒng)的時候可以使一些不明確的數(shù)據(jù)完成形成最佳效果圖，可以運(yùn)用這種系統(tǒng)用合理的科學(xué)方法對不太準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。尤其是對于我們平時生活中的重寫系統(tǒng)，其運(yùn)用了一項(xiàng)分別于優(yōu)化和分解之間的特殊系統(tǒng)，使用重寫系統(tǒng)可以對用戶所具有的查詢信息進(jìn)行分析，運(yùn)用不同的規(guī)則可以進(jìn)行重寫，運(yùn)用重寫系統(tǒng)的時候可以對用戶信息進(jìn)行合理的科學(xué)分解和操作，這樣可以在最大限度上滿足不同客戶的不同需求。

2.3 優(yōu)化處理系統(tǒng)

按照傳統(tǒng)的習(xí)慣，在處理數(shù)據(jù)的時候需要對系統(tǒng)進(jìn)行一定的優(yōu)化，特別是我們在處理系統(tǒng)的時候需要提前完成一個必要的活動，就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化查詢的處理。對于整個數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的優(yōu)化處理來說，查詢優(yōu)化處理是其中必不可少的一項(xiàng)工作，這一部分處理放在之前也是為了使其擁有最佳的效果，得到最高的效率。在這種情況下就會出現(xiàn)一定的問題，針對舊的問題又產(chǎn)生了幾個具體解決方案，其中主要可以用不同條件和方式對需要的表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算和處理，在這開始之前可以對目標(biāo)進(jìn)行集合之后完成處理，那么針對這些方案，我們在今后進(jìn)行處理的工作之前需要做的就是將原本的目標(biāo)列進(jìn)行完整補(bǔ)充，同時還要使補(bǔ)充后的結(jié)構(gòu)滿足查詢數(shù)據(jù)的順序，使之形成統(tǒng)一性與一致性，這是目標(biāo)列預(yù)處理工作的重點(diǎn)所在。而在進(jìn)行條件預(yù)處理工作之前將原本的表達(dá)式所需要的解析和形式改變就需要原先的條件得到改善，那么解析的式子內(nèi)所存在的NOT往下部移動和去除，但是需要注意的是去除NOT的時候要合理化，不可以使條件表達(dá)式發(fā)生改變。而在數(shù)據(jù)集體處理的時候就需要用多種方式進(jìn)行集合和改善，其分類方式多樣，處理工作就比較麻煩，其中最常見的梳理歸納軟件有Except、Union等。

2.4 優(yōu)化邏輯系統(tǒng)查詢

對于數(shù)據(jù)庫管理的查詢優(yōu)化處理工作，邏輯優(yōu)化是其重要的組成部分之一。優(yōu)化查詢系統(tǒng)能夠?qū)镜奈锢韺哟芜M(jìn)行處理，這樣可以解決索引問題與完成優(yōu)化處理工作的。同時，對于邏輯優(yōu)化處理來說，完成整個查詢優(yōu)化處理工作是依靠于計(jì)算。一般來說，邏輯優(yōu)化主要體現(xiàn)在AND和OR兩個優(yōu)化過程上。首先就以AND優(yōu)化過程來說，當(dāng)需要對AND進(jìn)行優(yōu)化處理工作之前，需要將原本包含AND的邏輯表達(dá)式全部找出來，找出之后就要對此進(jìn)行合理的判斷與排除，看是否有可以使用的字查詢表達(dá)式，若其能夠被精確地計(jì)算出來，對后期的查詢優(yōu)化處理進(jìn)行運(yùn)用。在計(jì)算出應(yīng)用子查詢表達(dá)式之后，還需要合理利用計(jì)算結(jié)果，將剩余的計(jì)算出來，進(jìn)而使整個查詢優(yōu)化的邏輯優(yōu)化達(dá)到良好的運(yùn)用效果。若沒有的話，可以使用掃描模式進(jìn)行計(jì)算，這樣也可以實(shí)現(xiàn)最終的邏輯優(yōu)化目標(biāo)，完成相應(yīng)的處理工作。而OR也是如此，也是利用子表達(dá)式來進(jìn)行計(jì)算，并且也是依照索引進(jìn)行處理工作。但是無論是從OR還是AND的角度來看，雙方之間的工作處理方式具有較強(qiáng)的相同性與一致性。詳細(xì)來說，就是這兩種優(yōu)化方式所產(chǎn)生的過程都是依靠子表達(dá)式的查詢，并且都是使用索引而進(jìn)行的后續(xù)工作。但是OR與AND還是有一定的區(qū)別性。對于OR來說，如果沒有的話，是在子查詢表達(dá)式的標(biāo)準(zhǔn)之下，得到一個較為中間化的結(jié)果。并且原本的表達(dá)式順序要做出合理的調(diào)整與改變，這個改變是依照所得的中間結(jié)果進(jìn)行調(diào)整的，這樣可以使最終結(jié)果獲得相應(yīng)的查詢優(yōu)化的邏輯優(yōu)化的處理效果。如果有的話，就與ADR一致，采用索引來獲得所需要的中間數(shù)據(jù)。

3 管理數(shù)據(jù)庫優(yōu)化查詢管理系統(tǒng)

總體來說，我們在處理數(shù)據(jù)的時候需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，并且在查詢和實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)中，最為重要和最為關(guān)鍵性的工作就是將數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總計(jì)算，那么在實(shí)際操作的過程中最重要的就是將表達(dá)式和計(jì)算方式進(jìn)行優(yōu)化，否則也會出現(xiàn)較大的區(qū)別，甚至可以這樣說，每個算法對應(yīng)著不同的查詢優(yōu)化的結(jié)果，具有極強(qiáng)的針對性。因此，筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，從存取方法路徑和SYSTEM-R代價估算算法分析有以下方法進(jìn)行分析。

3.1 分析儲存的方法和路徑

整個系統(tǒng)中進(jìn)行檢索和選擇的時候需要對其計(jì)劃和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和選擇，那么在數(shù)據(jù)儲存和檢索的過程中其儲存方法十分重要，對于如何使用查詢和儲存設(shè)備來說，需要構(gòu)建在一個基礎(chǔ)的上面。就以O(shè)SCAR的常規(guī)系統(tǒng)來說，它具有三種類型，分別是索引和掃描的時候需要運(yùn)用不同的方法進(jìn)行掃描，這樣可以按照不同的掃描順序在工作階段中，首先會對信息表內(nèi)中所包含的各種元祖進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，那么就需要對不同的數(shù)據(jù)材料進(jìn)行一定的分析和觀察，保證用最佳的數(shù)據(jù)滿足其標(biāo)準(zhǔn)。對信息進(jìn)行詳細(xì)地掃描，確保其有效性。但是由于全面性的掃描不僅工程量大，所需要的時間也隨之較多，因此在此基礎(chǔ)上，我們可以使用較為常見地多塊取讀的方式，使結(jié)構(gòu)可以更加快捷和有效地獲得與取到，這樣不僅可以提高了時效性，更加使工作效率也得到穩(wěn)定提高。另外根據(jù)處理數(shù)據(jù)得出的結(jié)論進(jìn)行掃描，這種方式提高效率，能夠在掃描的時候?qū)崿F(xiàn)單列和多列表格共同建立，還能對數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，系統(tǒng)可以將不再表格內(nèi)中的索引數(shù)值掃描出來，并且做出科學(xué)的執(zhí)行。同時，由于各個方面的有不較大的不同，因此在其使用的時候也是在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行使用，那么用這種方式最方便與快捷的，因此運(yùn)用也最為廣泛。

3.2 用SYSTEM-R 代價估算算法進(jìn)行計(jì)算

數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化的時候需要運(yùn)用SYSTEM-R進(jìn)行計(jì)算，那么這種方法就需要我們認(rèn)識到其中重要最重要的問題，尤其是這種算法又是SYSTEM-R算法中的關(guān)鍵所在，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為Cost=P+W*T。在這個數(shù)學(xué)表達(dá)式當(dāng)中，我們把W表示為權(quán)重，而字母P表示了I/O所開銷，字母T代表了CPU所開銷。因此，這個數(shù)學(xué)表達(dá)式一般用在對于查詢當(dāng)中開銷的關(guān)注與重視問題的上面。但是P和W的數(shù)值在不同的查詢優(yōu)化上面其變化結(jié)果和優(yōu)化尋找的答案存在差異，那么其重要原因需要代價估算算法主要是因子變化所致，在這種算法下也有以下三種情況。首先就是當(dāng)面對r.field>value時，需要選擇運(yùn)用表達(dá)式最大值、平均值進(jìn)行計(jì)算；然后是當(dāng)r.field=value時，而選擇因子為I/（定義在r.field上的索引表中的T）；最后就是當(dāng)面對用表達(dá)式對其進(jìn)行計(jì)算，具體可見表1。

4 實(shí)現(xiàn)優(yōu)化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

4.1 數(shù)據(jù)使用性能

對于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來說，查詢優(yōu)化是一項(xiàng)綜合性的工作，其工作范圍也較大。在查詢優(yōu)化的設(shè)計(jì)上面，查詢數(shù)據(jù)可以將常數(shù)和基數(shù)不同的變化進(jìn)行查詢，但是數(shù)據(jù)依舊是具有一致性的，因此在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，為了提高查詢效率，可以將常數(shù)考慮到這個范圍之內(nèi)。因此，當(dāng)對常數(shù)到達(dá)指定的范圍之內(nèi)后，根據(jù)相同的查詢語句進(jìn)行使用，只需要調(diào)整合理的常數(shù)即可，從而有效地節(jié)約工作時間，提高工作效率。尤其是在面對同一模式的語句當(dāng)中，更可以使用常數(shù)變化。在實(shí)際的工作之中，針對同一模式，只要使用相同的分析方法可以提高效率，還能節(jié)約一定的人力、物力。那么此時在優(yōu)化數(shù)據(jù)的時候就需要我們進(jìn)行計(jì)算的緩沖，在優(yōu)化的時候得到數(shù)據(jù)能夠得到全新的并且更加精確的數(shù)據(jù)，引索數(shù)據(jù)的時候可以只做全新的數(shù)據(jù)，確保正常工作與運(yùn)行，以此來使數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的優(yōu)化查詢得到有效的提高。

4.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按照常規(guī)來說，數(shù)據(jù)管理庫主要有三個階段。首先階段是通過指令和數(shù)據(jù)能對通信庫進(jìn)行處理，在這三個方面中構(gòu)成了數(shù)據(jù)管理庫的主要部分，更是體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一部分的重點(diǎn)。第二個階段就是關(guān)于SPC的查詢緩沖板塊，這也是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。第三個設(shè)計(jì)階段就是最后的查詢執(zhí)行階段，也是最終設(shè)計(jì)的最終結(jié)果出來模塊。優(yōu)化每個階段的時候都可以通過資源共享和數(shù)據(jù)交換等方式當(dāng)作參數(shù)，完成數(shù)據(jù)的計(jì)算。

4.3 計(jì)算方法

為了使數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)變得更加高效，那么就需要查詢優(yōu)化的處理工作具有更強(qiáng)的有效性和實(shí)時性，進(jìn)而促進(jìn)查詢的最終結(jié)果可以達(dá)到一個最佳的效果和較高的效率。筆者對此關(guān)鍵算法上面引入了hash函數(shù)，確保查詢語句和語法數(shù)的正確性。其實(shí)在使用hash函數(shù)之后，使運(yùn)算情況變得更加便捷與靈活，保證表格和數(shù)據(jù)的相同性質(zhì)，同時，通過一串?dāng)?shù)據(jù)不同的計(jì)算方法來計(jì)算，得到的數(shù)據(jù)符號更加精確，這些數(shù)據(jù)確保了函數(shù)形成最高效的狀態(tài)與情況，更是使整個查詢系統(tǒng)的整體得到了較大地提高，最大程度上的優(yōu)化其效率。因此，使用hash函數(shù)之后，對于查詢的效率提高與優(yōu)化是尤為重要的，也為客戶帶了更加高質(zhì)量的服務(wù)。但是，如果hash函數(shù)設(shè)計(jì)的并不科學(xué)合理，也會造成一些系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的沖突，進(jìn)而降低其工作的效率。筆者對此以一款計(jì)算和函數(shù)為例子如下圖所示：

unsigned int hash（char *str）

{

Register unsigned int h；

Register unsigned char *p；

for（h=0，p=（Register unsigned char *）str；*p；p++）

h=*p-h+h << 5；

return h；

}

5 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的運(yùn)用也變得更加普及與廣泛，尤其是在信息時代的今天，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已經(jīng)變得至關(guān)重要，其已經(jīng)融入人們的工作與生活中。在這個背景之下，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的查詢優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)顯得尤為重要，甚至可以說只有高速的運(yùn)行和強(qiáng)大的優(yōu)化處理功能，才可以使數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)變得更加高效。雖然我國的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)起步較晚，與國外的相關(guān)方面的差距較大，但是我國已經(jīng)意識到了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的查詢優(yōu)化的重要性，已經(jīng)從核心技術(shù)出發(fā)，不斷深入化研究，最大程度地縮小與國際數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的差距與距離，這也是我國數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)真正走出國門，走向國際，使它成為我國競爭科技強(qiáng)國的重要技術(shù)支持之一。

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