Методы синтаксической оптимизации запросов

Методы синтаксической оптимизации запросов связаны с построением некоторой эквивалентной формы, называемой иногда канонической формой, которая требует меньших затрат на выполнение запроса, но дает результат, полностью эквивалентный исходному запросу.

К методам, используемым при синтаксической оптимизации запросов, относятся следующие:

1. Логические преобразования запросов.Прежде всего, это относится к преобразованию предикатов, входящих в условие выборки. Предикаты, содержащие операции сравнения простых значений имеет вид арифметическое выражение OС арифметическое выражение, где OС — операция сравнения, а арифметические выражения левой и правой частей в общем случае содержат имена полей отношений и константы.

1.1. Канонические представления могут быть различными для предикатов разных типов. Если предикат включает только одно имя поля, то его каноническое представление может, например, иметь вид имя поля OС константное арифметическое выражение. Если начальное представление предиката имеет вид (n+12)*R.B OC 100(здесь n — переменная языка, R.B — имя столбца В таблицы R, OC - допустимая операция сравнения).

Каноническим представлением такого предиката может быть R.B ОС 100/(n+12)

В этом случае мы один раз для заданного значения переменной n вычисляем выражение в скобках и правую часть операции сравнения 100/(n +12), а потом значение R.B каждой строки таблицы можем сравнивать с полученным значением.

1.2. Если предикат включает в точности два имени поля разных отношений (или двух разных вхождений одного отношения), то его каноническое представление может иметь вид имя поля ОС арифметическое выражение, где арифметическое выражение в правой части включает только константы и второе имя поля (это тоже форма, полезная для выполнения следующего шага оптимизации, — предикат соединения; особенно важен случай соединения по равенству, когда ОС — это равенство). Если в начальном представлении предикат имеет вид: 12*(R1.A)-n*(R2.B) OC m. Его каноническое представление: R1.A OC (m+n*(R2.B))/12

1.3. В общем случае желательно приведение предиката к каноническому представлению вида арифметическое выражение ОС константное арифметическое выражение, где выражения правой и левой частей также приведены к каноническому представлению. В дальнейшем можно произвести поиск общих арифметических выражений в разных предикатах запроса. Это оправдано, поскольку при выполнении запроса вычисление арифметических выражений будет производиться при выборке каждого очередного кортежа, то есть большое число раз.

При приведении предикатов к каноническому представлению вычисляются константные выражения, исключаются логические отрицания.

2. Преобразования запросов с изменением порядка реляционных операций.В традиционных оптимизаторах распространены логические преобразования, связанные с изменением порядка выполнения реляционных операций.

Например, следующий запрос: R1 NATURAL JOIN R2 WHERE R1.A OC a AND R2.B ОC b

Здесь a и b некоторые константы, которые ограничивают значение атрибутов отношений R1 и R2. Если мы его рассмотрим в терминах реляционной алгебры, то это естественное соединение отношений R1 и R2, в которых заданы внутренние ограничения на кортежи каждого отношения.

Для уменьшения числа соединяемых кортежей резоннее сначала произвести операции выборки на каждом отношении и только после этого перейти в операции естественного соединения.

Поэтому данный запрос будет эквивалентен следующей последовательности операций реляционной алгебры: R3 = R1[R1.A OC a], R4 = R2[R2.B ОC b], R5 = R3*[ ]*R4

Однако, существуют подходы, связанные с преобразованием запросов на языке SQL к алгебраической форме. Особенно важно то, что реляционная алгебра более проста, чем язык SQL. Преобразование запроса к алгебраической форме упрощает дальнейшие действия оптимизатора по выборке оптимальных планов. Вообще говоря, развитый оптимизатор запросов системы, ориентированной на SQL, должен выявить все возможные планы выполнения любого запроса, но "пространство поиска" этих планов в общем случае очень велико; в каждом конкретном оптимизаторе используются свои эвристики для сокращения пространства поиска. Некоторые, возможно, наиболее оптимальные планы никогда не будут рассматриваться. Разумное преобразование запроса на SQL к алгебраическому представлению сокращает пространство поиска планов выполнения запроса с гарантией того, что оптимальные планы не будут потеряны.

3. Приведение запросов с вложенными подзапросами к запросам с соединениями.Основным отличием языка SQL от языка реляционной алгебры является возможность использовать в логическом условии выборки предикаты, содержащие вложенные подзапросы. Глубина вложенности может быть произвольной.

Каноническим представлением запроса на n отношениях называется запрос, содержащий n–1 предикат соединения и не содержащий предикатов с вложенными подзапросами.

Например, запрос с вложенным подзапросом:

(SELECT R1.A FROM R1 WHERE R1.A IN (SELECT R2.B FROM R2 WHERE R1.C = R2.D) )

эквивалентен

(SELECT R1.A FROM R1, R2 WHERE R1.A = R2.B AND R1.C = R2.D)

Второй пример запроса с вложенным подзапросом:

(SELECT R1.A FROM R1 WHERE R1.K = (SELECT AVG (R2.B) FROM R2 WHERE R1.C = R2.D)

эквивалентен