一次搞定各种数据库SQL执行计划
作者 |?董旭陽TonyDong
出品 | CSDN 博客
執行計劃（execution plan，也叫查詢計劃或者解釋計劃）是數據庫執行 SQL 語句的具體步驟，例如通過索引還是全表掃描訪問表中的數據，連接查詢的實現方式和連接的順序等。如果 SQL 語句性能不夠理想，我們首先應該查看它的執行計劃。本文主要介紹如何在各種數據庫中獲取和理解執行計劃，并給出進一步深入分析的參考文檔。
現在許多管理和開發工具都提供了查看圖形化執行計劃的功能，例如 MySQL Workbench、Oracle SQL Developer、SQL Server Management Studio、DBeaver 等；不過我們不打算使用這類工具，而是介紹利用數據庫提供的命令查看執行計劃。
我們先給出在各種數據庫中查看執行計劃的一個簡單匯總：
本文使用的示例表和數據可以點擊鏈接《SQL 入門教程》示例數據庫（https://tonydong.blog.csdn.net/article/details/86518676）。
MySQL 執行計劃
MySQL 中獲取執行計劃的方法很簡單，就是在 SQL 語句的前面加上EXPLAIN關鍵字：
EXPLAIN SELECT?e.first_name,e.last_name,e.salary,d.department_nameFROM?employees?eJOIN?departments?d?ON?(e.department_id?=?d.department_id)WHERE?e.salary?>?15000;執行該語句將會返回一個表格形式的執行計劃，包含了 12 列信息：
id|select_type|table|partitions|type??|possible_keys????|key????|key_len|ref?????????????????|rows|filtered|Extra??????| --|-----------|-----|----------|------|-----------------|-------|-------|--------------------|----|--------|-----------|1|SIMPLE?????|e????|??????????|ALL???|emp_department_ix|???????|???????|????????????????????|?107|???33.33|Using?where|1|SIMPLE?????|d????|??????????|eq_ref|PRIMARY??????????|PRIMARY|4??????|hrdb.e.department_id|???1|?????100|???????????|MySQL 中的EXPLAIN支持 SELECT、DELETE、INSERT、REPLACE 以及 UPDATE 語句。
接下來，我們要做的就是理解執行計劃中這些字段的含義。下表列出了 MySQL 執行計劃中的各個字段的作用：
對于上面的示例，只有一個 SELECT 子句，id 都為 1；首先對 employees 表執行全表掃描（type = ALL），處理了 107 行數據，使用 WHERE 條件過濾后預計剩下 33.33% 的數據（估計不準確）；然后針對這些數據，依次使用 departments 表的主鍵（key = PRIMARY）查找一行匹配的數據（type = eq_ref、rows = 1）。
使用 MySQL 8.0 新增的 ANALYZE 選項可以顯示實際執行時間等額外的信息：
EXPLAIN?ANALYZE SELECT?e.first_name,e.last_name,e.salary,d.department_nameFROM?employees?eJOIN?departments?d?ON?(e.department_id?=?d.department_id)WHERE?e.salary?>?15000; ->?Nested?loop?inner?join??(cost=23.43?rows=36)?(actual?time=0.325..1.287?rows=3?loops=1)->?Filter:?((e.salary?>?15000.00)?and?(e.department_id?is?not?null))??(cost=10.95?rows=36)?(actual?time=0.281..1.194?rows=3?loops=1)->?Table?scan?on?e??(cost=10.95?rows=107)?(actual?time=0.266..0.716?rows=107?loops=1)->?Single-row?index?lookup?on?d?using?PRIMARY?(department_id=e.department_id)??(cost=0.25?rows=1)?(actual?time=0.013..0.015?rows=1?loops=3)其中，Nested loop inner join 表示使用嵌套循環連接的方式連接兩個表，employees 為驅動表。cost 表示估算的代價，rows 表示估計返回的行數；actual time 顯示了返回第一行和所有數據行花費的實際時間，后面的 rows 表示迭代器返回的行數，loops 表示迭代器循環的次數。
關于 MySQL EXPLAIN 命令的使用和參數，可以參考 MySQL 官方文檔 EXPLAIN 語句（https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/explain.html）。
關于 MySQL 執行計劃的輸出信息，可以參考 MySQL 官方文檔理解查詢執行計劃（https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/execution-plan-information.html）。
Oracle 執行計劃
Oracle 中提供了多種查看執行計劃的方法，本文使用以下方式：
使用EXPLAIN PLAN FOR命令生成并保存執行計劃；
顯示保存的執行計劃。
首先，生成執行計劃：
EXPLAIN?PLAN?FOR SELECT?e.first_name,e.last_name,e.salary,d.department_nameFROM?employees?eJOIN?departments?d?ON?(e.department_id?=?d.department_id)WHERE?e.salary?>?15000;EXPLAIN PLAN FOR命令不會運行 SQL 語句，因此創建的執行計劃不一定與執行該語句時的實際計劃相同。
該命令會將生成的執行計劃保存到全局的臨時表 PLAN_TABLE 中，然后使用系統包 DBMS_XPLAN 中的存儲過程格式化顯示該表中的執行計劃。以下語句可以查看當前會話中的最后一個執行計劃：
SELECT?*?FROM?TABLE(DBMS_XPLAN.display); PLAN_TABLE_OUTPUT???????????????????????????????????????????????????????????????????????????| --------------------------------------------------------------------------------------------| Plan?hash?value:?1343509718?????????????????????????????????????????????????????????????????|| --------------------------------------------------------------------------------------------| |?Id??|?Operation????????????????????|?Name????????|?Rows??|?Bytes?|?Cost?(%CPU)|?Time?????|| --------------------------------------------------------------------------------------------| |???0?|?SELECT?STATEMENT?????????????|?????????????|????44?|??1672?|?????6??(17)|?00:00:01?|| |???1?|??MERGE?JOIN??????????????????|?????????????|????44?|??1672?|?????6??(17)|?00:00:01?|| |???2?|???TABLE?ACCESS?BY?INDEX?ROWID|?DEPARTMENTS?|????27?|???432?|?????2???(0)|?00:00:01?|| |???3?|????INDEX?FULL?SCAN???????????|?DEPT_ID_PK??|????27?|???????|?????1???(0)|?00:00:01?|| |*??4?|???SORT?JOIN??????????????????|?????????????|????44?|???968?|?????4??(25)|?00:00:01?|| |*??5?|????TABLE?ACCESS?FULL?????????|?EMPLOYEES???|????44?|???968?|?????3???(0)|?00:00:01?|| --------------------------------------------------------------------------------------------|| Predicate?Information?(identified?by?operation?id):?????????????????????????????????????????| ---------------------------------------------------?????????????????????????????????????????||4?-?access("E"."DEPARTMENT_ID"="D"."DEPARTMENT_ID")??????????????????????????????????????|filter("E"."DEPARTMENT_ID"="D"."DEPARTMENT_ID")??????????????????????????????????????|5?-?filter("E"."SALARY">15000)???????????????????????????????????????????????????????????|Oracle 中的EXPLAIN PLAN FOR支持 SELECT、UPDATE、INSERT 以及 DELETE 語句。
接下來，我們同樣需要理解執行計劃中各種信息的含義：
Plan hash value 是該語句的哈希值。SQL 語句和執行計劃會存儲在庫緩存中，哈希值相同的語句可以重用已有的執行計劃，也就是軟解析；
Id 是一個序號，但不代表執行的順序。執行的順序按照縮進來判斷，縮進越多的越先執行，同樣縮進的從上至下執行。Id 前面的星號表示使用了謂詞判斷，參考下面的 Predicate Information；
Operation 表示當前的操作，也就是如何訪問表的數據、如何實現表的連接、如何進行排序操作等；
Name 顯示了訪問的表名、索引名或者子查詢等，前提是當前操作涉及到了這些對象；
Rows 是 Oracle 估計的當前操作返回的行數，也叫基數（Cardinality）；
Bytes 是 Oracle 估計的當前操作涉及的數據量
Cost (%CPU) 是 Oracle 計算執行該操作所需的代價；
Time 是 Oracle 估計執行該操作所需的時間；
Predicate Information 顯示與 Id 相關的謂詞信息。access 是訪問條件，影響到數據的訪問方式（掃描表還是通過索引）；filter 是過濾條件，獲取數據后根據該條件進行過濾。
在上面的示例中，Id 的執行順序依次為 3 -> 2 -> 5 -> 4- >1。首先，Id = 3 掃描主鍵索引 DEPT_ID_PK，Id = 2 按主鍵 ROWID 訪問表 DEPARTMENTS，結果已經排序；其次，Id = 5 全表掃描訪問 EMPLOYEES 并且利用 filter 過濾數據，Id = 4 基于部門編號進行排序和過濾；最后 Id = 1 執行合并連接。顯然，此處 Oracle 選擇了排序合并連接的方式實現兩個表的連接。
關于 Oracle 執行計劃和 SQL 調優，可以參考 Oracle 官方文檔《SQL Tuning Guide》（https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/19/tgsql/）。
SQL Server 執行計劃
SQL Server Management Studio 提供了查看圖形化執行計劃的簡單方法，這里我們介紹一種通過命令查看的方法：
SET?STATISTICS?PROFILE?ON以上命令可以打開 SQL Server 語句的分析功能，打開之后執行的語句會額外返回相應的執行計劃：
SELECT?e.first_name,e.last_name,e.salary,d.department_nameFROM?employees?eJOIN?departments?d?ON?(e.department_id?=?d.department_id)WHERE?e.salary?>?15000;first_name|last_name|salary??|department_name| ----------|---------|--------|---------------| Steven????|King?????|24000.00|Executive??????| Neena?????|Kochhar??|17000.00|Executive??????| Lex???????|De?Haan??|17000.00|Executive??????|Rows|Executes|StmtText???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????|StmtId|NodeId|Parent|PhysicalOp??????????|LogicalOp???????????|Argument???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????|DefinedValues???????????????????????????????????????????????????????|EstimateRows|EstimateIO??|EstimateCPU|AvgRowSize|TotalSubtreeCost|OutputList????????????????????????????????????????????????????????????|Warnings|Type????|Parallel|EstimateExecutions| ----|--------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|------|------|------|--------------------|--------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|--------------------------------------------------------------------|------------|------------|-----------|----------|----------------|----------------------------------------------------------------------|--------|--------|--------|------------------|3|???????1|SELECT?e.first_name,e.last_name,e.salary,d.department_name???FROM?employees?e???JOIN?departments?d?ON?(e.department_id?=?d.department_id)??WHERE?e.salary?>?15000??????????????????????????????????|?????1|?????1|?????0|????????????????????|????????????????????|???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????|????????????????????????????????????????????????????????????????????|???2.9719627|????????????|???????????|??????????|?????0.007803641|??????????????????????????????????????????????????????????????????????|????????|SELECT??|???????0|??????????????????|3|???????1|??|--Nested?Loops(Inner?Join,?OUTER?REFERENCES:([e].[department_id]))??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????|?????1|?????2|?????1|Nested?Loops????????|Inner?Join??????????|OUTER?REFERENCES:([e].[department_id])?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????|????????????????????????????????????????????????????????????????????|???2.9719627|???????????0|??????????0|????????57|?????0.007803641|[e].[first_name],?[e].[last_name],?[e].[salary],?[d].[department_name]|????????|PLAN_ROW|???????0|?????????????????1|3|???????1|???????|--Clustered?Index?Scan(OBJECT:([hrdb].[dbo].[employees].[emp_emp_id_pk]?AS?[e]),?WHERE:([hrdb].[dbo].[employees].[salary]?as?[e].[salary]>(15000.00)))?????????????????????????????????????|?????1|?????3|?????2|Clustered?Index?Scan|Clustered?Index?Scan|OBJECT:([hrdb].[dbo].[employees].[emp_emp_id_pk]?AS?[e]),?WHERE:([hrdb].[dbo].[employees].[salary]?as?[e].[salary]>(15000.00))?????????????????????????????????????|[e].[first_name],?[e].[last_name],?[e].[salary],?[e].[department_id]|???????????3|0.0038657407|???2.747E-4|????????44|?????0.004140441|[e].[first_name],?[e].[last_name],?[e].[salary],?[e].[department_id]??|????????|PLAN_ROW|???????0|?????????????????1|3|???????3|???????|--Clustered?Index?Seek(OBJECT:([hrdb].[dbo].[departments].[dept_id_pk]?AS?[d]),?SEEK:([d].[department_id]=[hrdb].[dbo].[employees].[department_id]?as?[e].[department_id])?ORDERED?FORWARD)|?????1|?????4|?????2|Clustered?Index?Seek|Clustered?Index?Seek|OBJECT:([hrdb].[dbo].[departments].[dept_id_pk]?AS?[d]),?SEEK:([d].[department_id]=[hrdb].[dbo].[employees].[department_id]?as?[e].[department_id])?ORDERED?FORWARD|[d].[department_name]???????????????????????????????????????????????|???????????1|????0.003125|???1.581E-4|????????26|???????0.0035993|[d].[department_name]?????????????????????????????????????????????????|????????|PLAN_ROW|???????0|?????????????????3|SQL Server 中的執行計劃支持 SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE 以及 EXECUTE 語句。
SQL Server 執行計劃各個步驟的執行順序按照縮進來判斷，縮進越多的越先執行，同樣縮進的從上至下執行。接下來，我們需要理解執行計劃中各種信息的含義：
Rows 表示該步驟實際產生的記錄數；
Executes 表示該步驟實際被執行的次數；
StmtText 包含了每個步驟的具體描述，也就是如何訪問和過濾表的數據、如何實現表的連接、如何進行排序操作等；
StmtId，該語句的編號；
NodeId，當前操作步驟的節點號，不代表執行順序；
Parent，當前操作步驟的父節點，先執行子節點，再執行父節點；
PhysicalOp，物理操作，例如連接操作的嵌套循環實現；
LogicalOp，邏輯操作，例如內連接操作；
Argument，操作使用的參數；
DefinedValues，定義的變量值；
EstimateRows，估計返回的行數；
EstimateIO，估計的 IO 成本；
EstimateCPU，估計的 CPU 成本；
AvgRowSize，平均返回的行大小；
TotalSubtreeCost，當前節點累計的成本；
OutputList，當前節點輸出的字段列表；
Warnings，預估得到的警告信息；
Type，當前操作步驟的類型；
Parallel，是否并行執行；
EstimateExecutions，該步驟預計被執行的次數；
對于上面的語句，節點執行的順序為 3 -> 4 -> 2 -> 1。首先執行第 3 行，通過聚集索引（主鍵）掃描 employees 表加過濾的方式返回了 3 行數據，估計的行數（3.0841121673583984）與此非常接近；然后執行第 4 行，循環使用聚集索引的方式查找 departments 表，循環 3 次每次返回 1 行數據；第 2 行是它們的父節點，表示使用 Nested Loops 方式實現 Inner Join，Argument 列（OUTER REFERENCES:([e].[department_id])）說明驅動表為 employees ；第 1 行代表了整個查詢，不執行實際操作。
最后，可以使用以下命令關閉語句的分析功能：
SET?STATISTICS?PROFILE?OFF關于 SQL Server 執行計劃和 SQL 調優，可以參考 SQL Server 官方文檔執行計劃。
PostgreSQL 執行計劃
PostgreSQL 中獲取執行計劃的方法與 MySQL 類似，也就是在 SQL 語句的前面加上EXPLAIN關鍵字：
PostgreSQL 中的EXPLAIN支持 SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE、VALUES、EXECUTE、DECLARE、CREATE TABLE AS 以及 CREATE MATERIALIZED VIEW AS 語句。
PostgreSQL 執行計劃的順序按照縮進來判斷，縮進越多的越先執行，同樣縮進的從上至下執行。對于以上示例，首先對 employees 表執行全表掃描（Seq Scan），使用 salary > 15000 作為過濾條件；cost 分別顯示了預估的返回第一行的成本（0.00）和返回所有行的成本（3.34）；rows 表示預估返回的行數；width 表示預估返回行的大小（單位 Byte）。然后將掃描結果放入到內存哈希表中，兩個 cost 都等于 3.34，因為是在掃描完所有數據后一次性計算并存入哈希表。接下來掃描 departments 并且根據 department_id 計算哈希值，然后和前面的哈希表進行匹配（d.department_id =?e.department_id）。最上面的一行表明數據庫采用的是 Hash Join 實現連接操作。
PostgreSQL 中的EXPLAIN也可以使用 ANALYZE 選項顯示語句的實際運行時間和更多信息：
EXPLAIN?ANALYZE SELECT?e.first_name,e.last_name,e.salary,d.department_nameFROM?employees?eJOIN?departments?d?ON?(e.department_id?=?d.department_id)WHERE?e.salary?>?15000;QUERY?PLAN??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????| ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------| Hash?Join??(cost=3.38..4.84?rows=3?width=29)?(actual?time=0.347..0.382?rows=3?loops=1)??????????????????????????|Hash?Cond:?(d.department_id?=?e.department_id)????????????????????????????????????????????????????????????????|->??Seq?Scan?on?departments?d??(cost=0.00..1.27?rows=27?width=15)?(actual?time=0.020..0.037?rows=27?loops=1)??|->??Hash??(cost=3.34..3.34?rows=3?width=22)?(actual?time=0.291..0.292?rows=3?loops=1)?????????????????????????|Buckets:?1024??Batches:?1??Memory?Usage:?9kB????????????????????????????????????????????????????????????|->??Seq?Scan?on?employees?e??(cost=0.00..3.34?rows=3?width=22)?(actual?time=0.034..0.280?rows=3?loops=1)|Filter:?(salary?>?'15000'::numeric)???????????????????????????????????????????????????????????????|Rows?Removed?by?Filter:?104???????????????????????????????????????????????????????????????????????| Planning?Time:?1.053?ms?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????| Execution?Time:?0.553?ms????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????|EXPLAIN ANALYZE通過執行語句獲得了更多的信息。其中，actual time 是每次迭代實際花費的平均時間（ms），也分為啟動時間和完成時間；loops 表示迭代次數；Hash 操作還會顯示桶數（Buckets）、分批數量（Batches）以及占用的內存（Memory Usage），Batches 大于 1 意味著需要使用到磁盤的臨時存儲；Planning Time 是生成執行計劃的時間；Execution Time 是執行語句的實際時間，不包括 Planning Time。
關于 PostgreSQL 的執行計劃和性能優化，可以參考 PostgreSQL 官方文檔性能提示（https://www.postgresql.org/docs/12/performance-tips.html）。
SQLite 執行計劃
SQLite 也提供了EXPLAIN QUERY PLAN命令，用于獲取 SQL 語句的執行計劃：
sqlite>?EXPLAIN?QUERY?PLAN...>?SELECT?e.first_name,e.last_name,e.salary,d.department_name...>???FROM?employees?e...>???JOIN?departments?d?ON?(e.department_id?=?d.department_id)...>??WHERE?e.salary?>?15000; QUERY?PLAN |--SCAN?TABLE?employees?AS?e `--SEARCH?TABLE?departments?AS?d?USING?INTEGER?PRIMARY?KEY?(rowid=?)SQLite 中的EXPLAIN QUERY PLAN支持 SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE 等語句。
SQLite 執行計劃同樣按照縮進來顯示，縮進越多的越先執行，同樣縮進的從上至下執行。以上示例先掃描 employees 表，然后針對該結果依次通過主鍵查找 departments 中的數據。SQLite 只支持一種連接實現，也就是 nested loops join。
另外，SQLite 中的簡單EXPLAIN也可以用于顯示執行該語句的虛擬機指令序列：
sqlite>?EXPLAIN...>?SELECT?e.first_name,e.last_name,e.salary,d.department_name...>???FROM?employees?e...>???JOIN?departments?d?ON?(e.department_id?=?d.department_id)...>??WHERE?e.salary?>?15000; addr??opcode?????????p1????p2????p3????p4?????????????p5??comment ----??-------------??----??----??----??-------------??--??------------- 0?????Init???????????0?????15????0????????????????????00??Start?at?15 1?????OpenRead???????0?????5?????0?????11?????????????00??root=5?iDb=0;?employees 2?????OpenRead???????1?????2?????0?????2??????????????00??root=2?iDb=0;?departments 3?????Rewind?????????0?????14????0????????????????????00 4???????Column?????????0?????7?????1????????????????????00??r[1]=employees.salary 5???????Le?????????????2?????13????1?????(BINARY)???????53??if?r[1]<=r[2]?goto?13 6???????Column?????????0?????10????3????????????????????00??r[3]=employees.department_id 7???????SeekRowid??????1?????13????3????????????????????00??intkey=r[3] 8???????Column?????????0?????1?????4????????????????????00??r[4]=employees.first_name 9???????Column?????????0?????2?????5????????????????????00??r[5]=employees.last_name 10??????Column?????????0?????7?????6????????????????????00??r[6]=employees.salary 11??????Column?????????1?????1?????7????????????????????00??r[7]=departments.department_name 12??????ResultRow??????4?????4?????0????????????????????00??output=r[4..7] 13????Next???????????0?????4?????0????????????????????01 14????Halt???????????0?????0?????0????????????????????00 15????Transaction????0?????0?????8?????0??????????????01??usesStmtJournal=0 16????Integer????????15000??2?????0????????????????????00??r[2]=15000 17????Goto???????????0?????1?????0????????????????????00關于 SQLite 的執行計劃和優化器相關信息，可以參考 SQLite 官方文檔解釋查詢計劃。
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用開發者的方式共克時艱！
總結
以上是生活随笔為你收集整理的一次搞定各种数据库SQL执行计划的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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