9.关系查询处理和查询优化

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梳理

名词解释

• 代数优化：是指关系代数表达式的优化，也即按照一定规则，通过对关系代数表达式进行等价变换，改变代数表达式中操作的次序和组合，使查询更高效
• 物理优化：是指存取路径和底层操作算法的选择。选择依据可以是基于规则的(rule based)、基于代价的(cost based)、基于语义的(semantic based)

课后题

1.查询优化 在关系数据库系统中的 重要性&可能性

• 重要性
  • 关系系统的查询优化既是RDBMS实现的关键技术，又是关系系统的优点所在，它减轻了用户选择存取路径的负担，用户只要提出“干什么”，不必指出“这么干”
  • 查询优化的优点不仅在于用户不必考虑如何最好地表达查询以获得较好的效率，而且在于系统可以比用户程序的“优化”做得更好
• 可能性
  • 优化器可以从数据字典中获取许多统计信息，例如各个关系中的元组数，关系中每个属性值的分布情况，这些属性上是否有索引，是什么索引（B+数索引、Hash索引、唯一索引、组合索引）等等。优化器可以根据这些信息选择有效的执行计划，而用户程序则难以获得这些信息
  • 如果数据库的物理统计信息改变了，系统可以自动对查询进行重新优化以选择相适应的执行计划。在非关系系统中必须重写程序，而重写程序在实际应用中往往是不太可能的
  • 优化器可以考虑数十甚至数百种不同的执行计划，从中选出较优的一个，而程序员一般只能考虑有限的几种可能性
  • 优化器中包括了很多复杂的优化技术，这些优化技术往往只有最好的程序员才能掌握。系统的自动优化相当于使得所有人都拥有这些优化技术

6.关系数据库管理系统查询优化的一般准则

• 代数优化策略
  • 选择运算应尽可能先做
  • 把投影运算和选择运算同时进行
  • 把投影同其前或其后的双目运算结合起来执行
  • 把某些选择同在它前面要执行的笛卡儿积结合起来成为一个连接运算
  • 找出公共子表达式
• 物理优化
  • 选取合适的连接算法

7.关系数据库管理系统查询优化的一般步骤

• 把查询转换成某种内部表示，通常用的内部表示是语法树

• 把语法树转换成标准（优化）形式，即利用优化算法把原始的语法树转换成优化的形式

• 选择低层的存取路径

• 生成查询计划，选择所需代价最小的计划加以执行

简答题

1.查询步骤

查询处理的基本步骤

• 查询分析
  对查询语句进行扫描、词法分析和语法分析，识别SQL关键字、属性名和关系名等语言符号，进行语法检查和分析，即判定查询语句是否合乎语法。若无语法错误，则转入下一步；否则，拒绝执行并报错。

• 查询检查
  对合法语句进行语义检查，即根据数据字典中有关的模式定义检查语句中的数据库对象，如关系名、属性名是否存在且有效。如果是对视图的操作，则用视图消解方法把对视图的操作转换成对基本表的操作。还要根据数据字典中的用户权限和完整性约束定义对存取权限进行检查。如果用户无相应访问权限或违反完整性约束，就拒绝执行该查询。当然，这时的完整性检查是初步、静态的。检查通过后，SQL查询语句会被转换成等价的关系代数表达式，数据库对象的外部名称也被转换为内部表示。RDBMS一般都用查询树（query tree），也称语法树（syntax tree）来表示扩展的关系代数表达式。

• 查询优化
  查询优化器通过综合运用各种优化技术，获得最好的查询速度提升效果。

• 查询执行
  根据优化器得到的执行策略生成查询执行计划，由代码生成器（code generator）生成代码并执行，返回查询结果。