SQL进阶理论篇（十三）：数据库的查询优化器是什么？

简介

事务可以让数据库在增删改查的过程中，保证数据的正确性和安全性，而索引可以帮数据库提升数据的查找效率。查询优化器，则是帮助我们获取更高的SQL查询性能。

本节我们将简单过一下查询优化器的原理，主要包括以下几部分：

• 什么是查询优化器？具体的流程和环节？
• 查询优化器的两种优化方式是什么？

什么是查询优化器

一条SQL语句的执行，一般会经过以下环节，如图：

语法分析：检查SQL拼写和语法是否有问题。

语义检查：检查SQL语句中的访问对象是否存在，即表名、列名啥的；

经过语法分析和语义检查无误之后，就会生成一棵语法分析树，进行优化器优化，生成查询计划。

所以，查询优化器的目标就是找到当前SQL查询的最佳执行计划（或者说查询树），它是由一系列物理操作符组成，这些操作符按照一定的运算关系组成查询的执行计划。

而在查询优化器中，可以分为逻辑优化阶段和物理优化阶段。

逻辑优化，就是通过改变SQL语句的内容来使得查询更加高效，并为物理优化阶段提供更多的候选执行计划。

那逻辑优化是如何改变SQL语句的内容呢？

通常采用的方式是对SQL语句进行等价变换，（基于关系代数）做查询重写。比如说，对条件表达式做等价谓词重写、条件简化，对视图进行重写，对子查询进行优化，对连接语义进行外连接消除、嵌套连接消除等。

逻辑优化中的每一步都对应着物理计算，因此逻辑优化阶段输出若干候选执行计划之后，物理优化阶段会计算这些计划的代价，从中选择代价最小的作为执行计划。

因此逻辑优化属于语法层级的优化，而物理优化实际上是一种依据代价的估算模型，相当于是从连接路径中选择代价最小的路径，因此属于物理层面的优化。

查询优化器的两种优化方式

查询优化器的目的是生成最佳的执行计划，那什么是最佳，如何生成最佳执行计划？通常有两种策略：

• 基于规则的优化器（RBO，Rule-Based Optimizer）
• 基于代价的优化器（CBO，Cost-Based Optimizer）

什么是基于规则的优化器？

规则就是先验知识，是人们以往的经验，或者是被证明已经是有效的方式。

通过在优化器里嵌入规则，来判断输入的SQL查询符合哪种规则，符合哪种就按照对应的规则来制定执行计划，同时采用启发式规则去掉明显不好的存取路径。

什么是基于代价的优化器？

根据代价评估模型，计算每条候选执行计划的代价，就是cost，优化器会从中选择代价最小的一条执行计划作为最佳执行计划。

相比RBO来说，CBO对数据更加敏感，因为它会利用数据表中的统计信息做判断。针对不同的数据表，相同的查询得到的执行计划可能是不同的（两种优化器的最大差异），因此制定出来的执行计划更符合数据表的实际情况。

而RBO，相同查询的规则是相同的，因此对于不同的数据表，得到的执行计划基本是一样的。

需要注意，在优化器中会存在各种组合的可能。比如说我们需要优化器来制定数据表的扫描方式、连接方式以及连接顺序等。

总结

优化器的两个阶段：逻辑优化阶段和物理优化阶段。

逻辑优化阶段是对查询语句进行重写，并输出多种候选的最佳计划。物理阶段是从多种候选计划里，找出代价最小的计划。

优化器的两种优化方式：基于规则的RBO和基于代价的CBO。

RBO是根据固有的规则来给出执行计划，很简单的一个模型，对于不同表上的相同查询，RBO可能会返回相同的执行计划，但是CBO会考虑表的数据量等条件，返回不同的执行计划。因此CBO更加贴合实际一些。

参考文献

1. 32丨查询优化器是如何工作的？