ASONG

　　人工智能自動SQL優化就是使用人工智能技術，自動對SQL語句進行重寫，從而找到性能最好的等效SQL語句。

　　數據庫性能的優化

　　一個數據庫系統的生命周期可以分成：設計、開發和成品三個階段。在設計階段進行數據庫性能優化的成本最低，收益最大。在成品階段進行數據庫性能優化的成本最高，收益最小。

　　數據庫的優化通常可以通過對網絡、硬件、操作系統、數據庫參數和應用程序的優化來進行。最常見的優化手段就是對硬件的升級。根據統計，對網絡、硬件、操作系統、數據庫參數進行優化所獲得的性能提升，全部加起來只占數據庫系統性能提升的40%左右，其余的60%系統性能提升來自對應用程序的優化。許多優化專家認為，對應用程序的優化可以得到80%的系統性能的提升。

　　應用程序的優化

　　應用程序的優化通常可分為兩個方面：源代碼和SQL語句。由于涉及到對程序邏輯的改變，源代碼的優化在時間成本和風險上代價很高，而對數據庫系統性能的提升收效有限。

　　為什么要優化SQL語句

　　. SQL語句是對數據庫進行操作的惟一途徑，對數據庫系統的性能起著決定性的作用。

　　. SQL語句消耗了70%至90%的數據庫資源。

　　. SQL語句獨立于程序設計邏輯，對SQL語句進行優化不會影響程序邏輯。

　　. SQL語句有不同的寫法，在性能上的差異非常大。

　　. SQL語句易學，但難精通。

　　優化SQL語句的傳統方法是通過手工重寫來對SQL語句進行優化。DBA或資深程序員通過對SQL語句執行計劃的分析，依靠經驗，嘗試重寫SQL語句，然后對結果和性能進行比較，以試圖找到性能較佳的SQL語句。這種傳統上的作法無法找出SQL語句的所有可能寫法，且依賴于人的經驗，非常耗費時間。

　　SQL優化技術的發展歷程

　　第一代SQL優化工具是執行計劃分析工具。這類工具針對輸入的SQL語句，從數據庫提取執行計劃，并解釋執行計劃中關鍵字的含義。

　　第二代SQL優化工具只能提供增加索引的建議，它通過對輸入的SQL語句的執行計劃的分析，來產生是否要增加索引的建議。

　　第三代SQL優化工具不僅分析輸入SQL語句的執行計劃，還對輸入的SQL語句本身進行語法分析，經過分析產生寫法上的改進建議。

　　人工智能自動SQL優化

圖1 人工智能自動SQL優化示意圖

　　人工智能自動SQL優化出現在90年代末。目前在商用數據庫領域，LECCO Technology Limited(靈高科研有限公司)擁有該技術，并提供使用該技術的自動優化產品LECCO SQL Expert，它支持Oracle、Sybase、MS SQL Server和IBM DB2數據庫平臺。該產品針對數據庫應用的開發和維護階段提供的模塊有：SQL語法優化器、PL/SQL集成化開發調試環境(IDE)、掃描器、數據庫監視器等。其核心模塊SQL 語法優化器的工作原理為：①輸入一條源SQL語句；②“人工智能反饋式搜索引擎”對輸入的SQL語句，結合檢測到的數據庫結構和索引進行重寫，產生N條等效的SQL語句輸出；③產生的N條等效SQL語句再送入“人工智能反饋式搜索引擎”進行重寫，直至無法產生新的輸出或搜索限額滿；④對輸出的SQL語句進行過濾，選出具有不同執行計劃的SQL語句；⑤對得到的SQL語句進行批量測試，找出性能最好的SQL語句。
LECCO SQL Expert自動優化實例

　　假設我們從源代碼中抽取出這條SQL語句(也可以通過內帶的掃描器或監視器獲得SQL語句)：

　　SELECT COUNT(*)

　　 FROM EMPLOYEE

　　swheresEXISTS (SELECT 'X'

　　 FROM DEPARTMENT

　　swheresEMP_DEPT=DPT_ID

　　 AND DPT_NAME LIKE 'AC%')

　　AND EMP_ID IN (SELECT SAL_EMP_ID

　　 FROM EMP_SAL_HIST B

　　swheresSAL_SALARY ＞ 70000)

　　按下“優化”按鈕后，經過10幾秒，SQL Expert就完成了優化的過程，并在這10幾秒的時間里重寫產生了2267 條等價的SQL語句，其中136條SQL語句有不同的執行計劃。

　　接下來，我們可以對自動重寫產生的136條SQL語句進行批運行測試，以選出性能最佳的等效SQL語句。按下“批運行” 按鈕，在“終止條件” 頁選擇“最佳運行時間SQL語句”，按“確定”。

　　經過幾分鐘的測試運行后，我們可以發現SQL124的運行時間和反應時間最短。運行速度約有22.75倍的提升(源SQL語句運行時間為2.73秒，SQL124運行時間為0.12秒)。現在我們就可以把SQL124放入源代碼中，結束一條SQL語句的優化工作了。

　　“邊做邊學式訓練”提升SQL開發水平

　　LECCO SQL Expert不僅能夠找到最佳的SQL語句，它所提供的“邊做邊學式訓練”還能夠教開發人員和數據庫管理員如何寫出性能最好的SQL語句。LECCO SQL Expert的“SQL比較器”可以標明源SQL和待選SQL間的不同之處。

　　以上面優化的結果為例，為了查看源SQL語句和SQL124在寫法上有什么不同，我們可以按下“比較器” 按鈕，對SQL124和源SQL語句進行比較。“SQL 比較器”將SQL124相對于源SQL語句的不同之處以藍顏色表示了出來。如果選擇“雙向比較”復選框，“SQL 比較器”可以將兩條SQL語句的不同之處以藍色表示。當然，我們也可以從源語句和重寫后的SQL 語句中任選兩條進行比較。

　　從比較的結果可以看到，重寫后的SQL124把第一個Exists改寫成了In；在字段DPT_ID上進行了合并空字符串的操作，以誘導數據庫先執行子查詢中的

　　(SELECT DPT_ID||''

　　FROM DEPARTMENT

　　WHERE DPT_NAME LIKE 'AC%')

　　在子查詢完成后，再與EMPLOYEE表進行嵌套循環連接(Nested Loop Join)。

　　如果覺得對寫法的改變難以理解，還可以點中“執行計劃”復選框，通過比較兩條SQL語句的執行計劃的不同，來了解其中的差異。在查看執行計劃過程中，如果有什么不明白的地方，可以點中“SQL信息按鈕”，再點擊執行計劃看不明白的地方，LECCO SQL Expert的上下文敏感幫助系統將提供執行計劃該處的解釋。

　　在“SQL比較器”中，選中“統計信息”復選框后，可得到詳細的兩條SQL語句運行時的統計信息比較，這對于學習不同的SQL寫法對數據庫資源的消耗很有幫助。

　　LECCO SQL Expert優化模塊的特點
LECCO SQL Expert優化模塊的特點主要表現為：自動優化SQL語句；以獨家的人工智能知識庫“反饋式搜索引擎”來重寫性能優異的SQL語句；找出所有等效的SQL語句及可能的執行計劃；保證產生相同的結果；先進的SQL語法分析器能處理最復雜的SQL語句；可以重寫SELECT、SELECT INTO、UPDATE、INSERT和DELETE語句；通過測試運行，為應用程序和數據庫自動找到性能最好的SQL語句；提供微秒級的計時，能夠優化Web應用程序和有大量用戶的在線事務處理中運行時間很短的SQL語句；為開發人員提供“邊做邊學式訓練”，迅速提高開發人員的SQL編程技能；提供上下文敏感的執行計劃幫助系統和SQL運行狀態幫助；不是猜測或建議，而是獨一無二的SQL重寫解決方案。

　　寫出專家級的SQL語句

　　LECCO SQL Expert的出現，使SQL的優化變得極其簡單，只要能夠寫出SQL語句，它就能幫用戶找到最好性能的寫法。LECCO SQL Expert不僅能在很短的時間內找到所有可能的優化方案，而且能夠通過實際測試，確定最有效的優化方案。同以往的數據庫優化手段相比較，LECCO SQL Expert將數據庫優化技術帶到了一個嶄新的技術高度，依賴人的經驗、耗費大量時間、受人的思維束縛的數據庫優化手段已經被高效、省時且準確的自動優化軟件所取代了。通過內建的“LECCO小助手”的幫助，即使是SQL的開發新手，也能快速且簡單地寫出專家級的SQL語句。