瞭解SQL Server執行計畫

Source:http://www.sql-server-performance.com/tips/query_execution_plan_analysis_p1.aspx

2009-07-24轉：http://blog.csdn.net/xiao_hn

 

 

當需要分析某個查詢的效能時，最好的方式之一查看這個查詢的執行計畫。執行計畫描述SQL Server查詢最佳化工具如何實際運行(或者將會如何運行)一個特定的查詢。

 

查看查詢的執行計畫有幾種不同的方式。它們包括：

 

SQL Server查詢分析器裡有一個叫做”顯示實際執行計畫”的選項(位於”查詢”下拉式功能表中)。如果開啟了這個選項，那麼無論何時在查詢分析器中運行一個查詢，都會得到一個顯示在單獨視窗的查詢執行計畫(以圖形的格式)。

 

如果只是想看下執行計畫而不想執行查詢，那麼可以選擇”顯示預估的執行計畫”選項(位於”查詢”下拉式功能表中)。當選擇這個選項後，執行計畫會馬上顯示出來(以圖形的格式)。兩者的不同之處在於當實際運行一個查詢時，當前的伺服器上的運算也會被考慮進去。大多數情況下，兩種方式產生的執行計畫產生的結果是相似的。

 

當建立一個SQL Server Profiler追蹤時，可以收集的一個事件是MISC: Execution Plan.這個資訊(以文本的形式)顯示查詢最佳化工具用來執行查詢的計行計劃。

 

可以在查詢分析器上執行SET SHOWPLAN_TEXT ON命令。這條命令被執行後，所有在當前這個查詢分析器會話中執行的查詢都不會運行，而是會顯示一個基於文本的執行計畫。執行某條用到暫存資料表的查詢時，必須在執行查詢先運行SET STATISTICS PROFILE ON語句。

 

上面這些選項中，我更喜歡使用”顯示實際執行計畫”這個選項。它以圖形的方式輸出資訊，並且考慮到了當前伺服器上的那些運算。[7.0, 2000] Updated 8-5-2005

 

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如果在執行計畫中看到如下所示的任何一項，就應該將它們視作警告訊號並調查它們以找出潛在的效能問題。從效能方面來說，下面所示的每一項都是不理想的。

 

Index or table scans(索引或者表掃描)：可能意味著需要更好的或者額外的索引。

Bookmark Lookups(書籤尋找)：考慮修改當前的叢集索引，使用複蓋索引，限制SELECT語句中的欄位數量。

Filter(過濾)：在WHERE從句中移除用到的任何函數，不要在SQL語句中包含視圖，可能需要額外的索引。

Sort(排序)：資料是否真的需要排序？可否使用索引來避免排序？在用戶端排序是否會更加有效率？

 

無一例外地避免這些操作是不可能的，但是避免得越多，查詢效能就會越快。[7.0,2000,2005]

 

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如果有在預存程序中或者其它T-SQL批處理代碼中用到了暫存資料表，就不能在查詢分析器或Management Studio使用”顯示預估的執行計畫”選項來評估查詢。必須實際運行這個預存程序或者批處理代碼。這是因為使用”顯示預估的執行計畫”選項來運行一個查詢時，它並沒有實際被運行，暫存資料表也沒有建立。由於暫存資料表沒有被建立，參考到暫存資料表的代碼就會失敗，導致預估的執行計畫不能成建立成功。

 

從另一方面來說，如果使用的是表變數而不是暫存資料表，則可以使用”顯示預估的執行計畫”選項。[7.0,2000,2005] Updated 8-5-2005

 

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如果在查詢分析器或Management Studio中對一個非常複雜的查詢的執行計畫進行分析，可能會覺得它的執行計畫既難於看懂也難於分析。那麼，按照查詢的邏輯將它拆分成幾個部分，然後分別對這些部分進行分析會容易得多。[7.0,2000,2005] Updated 8-5-2005

 

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圖形執行計畫並不總是容易讀懂和解釋。查看執行計畫時記住如下幾點：

 

非常複雜的執行計畫會被分成多個部分，它們分別列出在螢幕上。每個部分分別代表查詢最佳化工具為了得到最終結果而必須執行的單個處理或步驟。

 

執行計畫的每個步驟經常會被拆分成一個個更小的子步驟。不幸的是，它們是從右至左顯示在螢幕上的。這意味著你必須滾動到圖形執行計畫的最右邊去查看每個步驟是從哪兒開始的。

 

每個步驟與子步驟間通過箭頭串連，藉此顯示查詢執行的路徑。

 

最後，查詢的所有部分在螢幕頂部的左邊匯總到一起。

 

如果將滑鼠移動到任何執行計畫任何步驟或者子步驟的上面，就會顯示一個彈出式視窗，上面顯示該步驟或子步驟的更加詳細的資訊。

 

如果將滑鼠移動到串連步驟或子步驟的箭頭上，就可以看到一個彈出式視窗，上面顯示有多少筆記錄從一個步驟或子步驟移動到另一個步驟或子步驟。

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圖形執行計畫上串連每個表徵圖的箭頭粗細不同。箭頭的粗細表示每個表徵圖之間移動的資料行數量以及資料行大小移動所需的相對成本。箭頭越粗，相對成本就越高。

 

可以使用這個指標來快速測量一個查詢。你可能會特別關注粗箭頭以瞭解它如何影響到查詢的效能。例如，粗線頭應該在圖形執行計畫的右邊，而非左邊。如果看到它們在左邊，就意味著太多的資料行被返回，這個執行計畫也不是最佳的執行計畫。[7.0,2000,2005]

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執行計畫的每個部分都被分配了一個成本百分比。它表示這個部分耗用了整個執行計畫的多少資源。當對一個執行計畫進行分析的時候，應該將精力集中於有著高成本百分比的那些部分。這樣就可以在有限的時間裡找到可能性最大的問題，從而回報了你在時間上的投資。[7.0, 2000, 2005]

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 你可能會注意到一個執行計畫的某些部分被執行了不止一次。作為執行計畫分析的一部分，應該將你的一些時間集中在任何執行了超過一次的那些部分上，看看是否有什麼方式減少它們執行的次數。執行的次數越少，查詢的速度就越快。[7.0, 2000, 2005]

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 在執行計畫中你可以看到I/O與CPU成本。它們沒有”實際”的意義，例如代表特定資源的使用量。查詢最佳化工具使用這些數字來做出最佳選擇。它們可用來參考的一個意義是，較小的I/O或CPU成本比較大的I/O或CPU成本使用更少的伺服器資源。[7.0, 2000, 2005]

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查看SQL Server圖形執行計畫時，可以尋找的非常有用的一個東西就是查詢最佳化工具如何為給定的查詢使用索引來從表中擷取資料。通過查看是否有用到索引，以及索引如何被使用，都有助於判斷當前的索引是否使得查詢執行得儘可能的快。

將滑鼠移到圖形執行計畫上的表名(以及它的表徵圖)上面，就會彈出一個視窗，從它上面可以看到一些資訊。這些資訊讓你知道是否有用到索引來從表中擷取資料，以及它是如何使用的。這些資訊包括：

·     Table Scan(表掃描)：如果看到這個資訊，就說明資料表上沒有叢集索引，或者查詢最佳化工具沒有使用索引來尋找。意即資料表的每一行都被檢查到。如果資料表相對較小的話，表掃描可以非常快速，有時甚至快過使用索引。

因此，當看到有執行表掃描時，第一件要做的事就是看看資料表有多少資料行。如果不是太多的話，那麼表掃描可能提供了最好的總體效能。但如果資料表大的話，表掃描就極可能需要長時間來完成，查詢效能就大受影響。在這種情況下，就需要仔細研究，為資料表增加一個適當的索引用於這個查詢。

假設你發現某查詢使用了表掃描，有一個合適的非叢集索引，但它沒有用到。這意味著什麼呢？為什麼這個索引沒有用到呢？如果需要獲得的資料量相對資料表大小來說非常大，或者資料選擇性不高(意味著同一個欄位中重複的值很多)，表掃描經常會比索引掃描快。例如，如果一個資料表有10000個資料行，查詢返回1000行，如果這個表沒有叢集索引的話，那麼表掃描將比使用一個非叢集索引更快。或者如果資料表有10000個資料行，且同一個欄位(WHERE條件句有用到這個欄位)上有1000筆重複的資料，表掃描也會比使用非叢集索引更快。

查看圖形執行計畫上的資料表上的彈出式視窗時，請注意”預估的資料行數(Estimated Row Count)”。這個數字是查詢最佳化工具作出的多少個資料行會被返回的最佳推測。如果執行了表掃描且”預估的資料行數”數值很高的話，就意味著返回的記錄數很多，查詢最佳化工具認為執行表掃描比使用可用的非叢集索引更快。

·     Index Seek(索引尋找)：索引尋找意味著查詢最佳化工具使用了資料表上的非叢集索引來尋找資料。效能通常會很快，尤其是當只有少數的資料行被返回時。

·     Clustered Index Seek(叢集索引尋找)：這指查詢最佳化工具使用了資料表上的叢集索引來尋找資料，效能很快。實際上，這是SQL Server能做的最快的索引尋找類型。

·     Clustered Index Scan(叢集索引掃描)：叢集索引掃描與表掃描相似，不同的是叢集索引掃描是在一個建有叢集索引的資料表上執行的。和一般的表掃描一樣，叢集索引掃描可能表明存在效能問題。一般來說，有兩種原因會引此叢集索引掃描的執行。第一個原因，相對於資料表上的整體資料行數目，可能需要擷取太多的資料行。查看”預估的資料行數量(Estimated Row Count)”可以對此加以驗證。第二個原因，可能是由於WHERE條件句中用到的欄位選擇性不高。在任何情況下，與標準的表掃描不同，叢集索引掃描並不會總是去尋找資料表中的所有資料，所以叢集索引掃描一般都會比標準的表掃描要快。通常來說，要將叢集索引掃描改成叢集索引尋找，你唯一能做的是重寫查詢語句，讓語句限制性更多，從而返回更少的資料行。

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絕大多數情況下，查詢最佳化工具會對串連進行分析，按最有效率的順序，使用最有效率的連線類型來對資料表進行串連。但並不總是如此。在圖形執行計畫中你可以看到代表查詢所使用到的各種不同連線類型的表徵圖。此外，每個串連表徵圖都有兩個箭頭指向它。指向串連表徵圖的上面的箭頭代表該串連的外部表格，下面的箭頭則代表這個串連的內部表。箭頭的另一頭則指向被串連的資料表名。

 

有時在多表串連的查詢中，箭頭的另一頭指向的並不是一個資料表，而是另一個串連。如果將滑鼠移到指向外部串連與內部串連的箭頭上，就可以看到一個彈出式視窗，告訴你有多少資料行被發送至這個串連來進行處理。外部表格應該總是比內部表含有更少的資料行。如果不是，則說明查詢最佳化工具所選擇的串連順序可能不正確(下面是關於這個話題的更多資訊)。

 

首先，讓我們來看看連線類型。SQL Server可以使用三種不同的技術來串連資料表：嵌套迴圈(nested loop)，散列(hash)，以及合并(merge)。一般來說，嵌套迴圈是最快的連線類型，但如果不可能使用嵌套迴圈的話，則會用到散列或者合并作為合適的連線類型。兩者都比嵌套迴圈串連慢。

 

當串連大表時，則合并串連可能是最佳選項，而非嵌套迴圈串連。唯一的明確這一點的方式是對兩者都進行測試以查看哪一個最有效率。

 

如果你懷疑某個查詢速度慢的原因可能是因為它所使用的連線類型不理想，那麼你可以使用串連提示來複蓋查詢最佳化工具的選擇。在使用串連提示之前，你需要花費一些時間去瞭解一下每種連線類型以及它們的工作方式。這是一個複雜的話題，超出了本文的討論範圍。

 

查詢最佳化工具選擇最有效率的連線類型來串連資料表。例如，嵌套迴圈串連的外部表格應該是串連的兩個表中較小的那個表。散列串連也是一樣，它的外部表格應該是較小的那個表。如果你覺得查詢最佳化工具選擇的串連順序是錯誤的，可以使用串連提示來複蓋它。

 

很多情況下，唯一的確認使用串連提示改變連線類型或串連順序是提升還是降低了效能的方式，就是對它們進行測試，看看發生了什麼。[7.0, 2000, 2005]

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如果你的SQL Server有多個CPU，並且沒有修改SQL Server的預設設定來限制SQL Server使用伺服器上所有CPU的能力，那麼查詢最佳化工具會考慮使用平行處理(parallelism)來執行某些查詢。平行處理指在多個CPU上同時運行一個查詢的能力。很多情況下，一個運行在多個處理器上的查詢比僅運行在單個處理器上的查詢要快，但並不總是這樣。

 

查詢最佳化工具並不會總是使用平行處理，即使在它能使用的時候。這是因為查詢最佳化工具在決定使用平行處理前會考慮到各種不同的因素。例如當前SQL Server上處於活動狀態的串連數量，CPU忙碌程度，是否有足夠的記憶體來運行平行化查詢，需要處理的資料行數量，以及這個查詢的類型。查詢最佳化工具收集到這些真實的資料後，再決定平行處理是不是運行這個查詢的最佳選擇。你可能會發現，某次一個查詢沒有用到平行處理，但稍後某次再次運行同樣的查詢時，卻又用到了平行處理。

 

有時，使用多個處理器所需的花費會大於使用它們能所能節省的資源。儘管查詢處理器的確會衡量使用平行查詢的正反兩面的影響，但它的猜想並不總是正確的。

 

如果懷疑平行處理防礙了某條查詢的效能，你可以使用OPTION (MAXDOP 1)提示來關閉該查詢的平行處理。

決定是否使用平行處理的唯一方式是通過這兩種方式對查詢進行測試，看看發生了什麼。[7.0, 2000, 2005]

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查看圖形執行計畫時，你可能會發現某個表徵圖的文字用紅色顯示，而非通常情況下的黑色。這意味著相關的表的一些統計資料遺失，統計資料是查詢最佳化工具產生一個好的執行計畫所必須的。

 

遺失的統計資料可以通過右鍵這個表徵圖，並選擇”建立遺失的統計資料”來建立。這時會彈出”建立遺失的統計資料”對話方塊，通過它可以很容易地建立遺失的統計資料。

 

當可以選擇去更新遺失的統計資料時，應該總是這樣做，因為這樣極有可能讓你正在分析的查詢語句從中獲得效能上的好處。[7.0, 2000, 2005]

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有時你會在圖形執行計畫上看到標識了”Assert”的表徵圖。這意味著查詢最佳化工具正在驗證查詢語句是否有違反參考完整性或者條件約束。如果沒有，則沒有問題。但如果有的話，查詢最佳化工具將無法為該查詢建立執行計畫，同時會產生一個錯誤。[7.0, 2000, 2005]

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你常常會在圖形執行計畫上看到標識成”書籤尋找(Bookmark Lookup)”的表徵圖。書籤尋找相當常見。書籤尋找的本質是告訴你查詢處理器必須從資料表或者叢集索引中來尋找它所需要的資料行，而不是從非叢集索引中直接讀取。

 

打比方說，如果一個查詢語句的SELECT,JOIN以及WHERE子句中的所有欄位，都不存在於那個用來定位器合查詢條件的資料行的非叢集索引中，那麼查詢最佳化工具就不得不做額外的工作在資料表或叢集索引中尋找那些滿足這個查詢語句的欄位。

 

另一種引起書籤尋找的原因是使用了SELECT *。由於在絕大多情況下它會返回比你實際所需更多的資料，所以應該永不使用SELECT *.

 

從效能方面來說，書籤尋找是不理想的。因為它會請求額外的I/O開銷在欄位中尋找以返回所需的資料行。

 

如果認為書籤尋找防礙了查詢的效能，那麼有四種選擇可以用來避免它：可以建立WHERE子句會用到的叢集索引，利用索引交集的優勢，建立覆蓋的非叢集索引，或者(如果是SQL Server 2000/2005企業版的話)可以建立索引檢視表。如果這些都不可能，或者使用它們中的任何一個都會耗用比書籤尋找更多的資源，那麼書籤尋找就是最佳的選擇了。[7.0, 2000, 2005]

 

有時查詢最佳化工具需要在tempdb資料庫中建立臨時工作表。如果是這樣的話，就意味著圖形執行計畫中有標識成Index Spool, Row Count Spool或者Table Spool的表徵圖。

 

任何時候，使用到工作表一般都會防礙到效能，因為需要額外的I/O開銷來維護這個工作表。理想情況下應該不要用到工作表。不幸的是並不能總是避免用到工作表。有時當使用工作表比其它選擇更有效率時，它的使用實際上會增強效能。

 

不論何種情況，圖形執行計畫中的工作表都應該引起你的警覺。應該仔細檢查這樣的查詢語句，看看是否有辦法重寫查詢來避免用到工作表。有可能沒有辦法。但如果有的話，你就朝提升這個查詢的效能方面前進了一步。[7.0, 2000, 2005]。

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在圖形執行計畫上看到流彙總(Stream Aggregate)表徵圖就意味著有對一個單一的輸入進行了彙總。當使用了DISTINCT子句，或者任何彙總函式時，如AVG, COUNT, MAX, MIN,或者SUM等，流彙總操作就相當常見。  [7.0, 2000, 2005]

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查詢分析器與Management Studio不是唯一的可以產生、顯示查詢執行計畫的工具。SQL Server Profiler也可以顯示執行計畫，但格式是文本形式的。使用SQL Server Profiler來顯示執行計畫的一個優勢是，它能為實際啟動並執行大量查詢產生執行計畫。如果使用查詢分析器和Management Studio，則一次只能運行一個。

 

使用Profiler捕獲、顯示執行計畫時，必須使用如下的配置產生一個追蹤：

 

捕獲事件

·     Performance: Execution Plan

·     Performance: Show Plan All

·     Performance: Show Plan Statistics

·     Performance: Show Plan Text

 

顯示的欄位

·     StartTime

·     Duration

·     TextData

·     CPU

·     Reads

·     Writes

 

過濾條件

·     Duration。你會想指定最大的查詢執行時間，例如5秒鐘，由此避免得到太大量的資料。

 

當然，你可以在你的追蹤中捕獲更多的沒有例在上面的資訊，上面例出的只是一個指南而已。但必須記住不要去捕獲太多的資料，否則，追蹤的運行會影響伺服器的效能。[7.0, 2000, 2005]

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如果在查詢中使用了OPTION FAST提示，那就必須小心執行計畫的結果可能不是你所期望的。這時你所看到的執行計畫基於使用了FAST提示的結果，而不是整個查詢語句的實際執行計畫。

 

FAST提示用來告知果詢最佳化器儘可能快地返回指定行數的資料行，即便這樣做會防礙查詢的整體效能。使用這個提示的目的在於為使用者快速返回特定行數的記錄，由此讓他們產生速度非常快速的錯覺。。當返回指定行數的資料行後，剩餘的資料行按照它們通常的速度返回。

 

因此，如果使用了FAST提示，那麼產生的執行計畫只是基於那些FAST返回的資料行，而非查詢要返回的所有資料行。如果想看所有資料行的執行計畫，那麼就必須移除這個FAST提示。[2000,2005]