SQL查詢優化分析

徐愛蕓

摘 要：SQL對數據執行最多的操作是對數據的查詢，查詢的方法不唯一，因此查詢的速度和效率差別也很大。本文分析了幾種查詢的方法：相關子查詢、無關子查詢、集合的查詢，分析查詢執行的過程，并對每一種查詢方法進行了定量的分析，從而得出了比較優化的查詢方法。

關鍵詞：SQL語句;相關子查詢;無關子查詢;集合查詢;查詢優化

1前言

子查詢也稱嵌套查詢，它嵌套在 SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE 語句或其它子查詢中，任何允許使用表達式的地方都可以使用子查詢。如果子查詢的條件中使用了其外層的表的字段，這種子查詢就叫作相關子查詢。相關子查詢可以用EXISTS、NOT EXISTS引入。子查詢可以計算一個變化的聚合函數值，并返回到外圍查詢進行比較。子查詢比較靈活、方便，常作為增刪改查的篩選條件，適合于操縱一個表的數據。但是在性能上，往往一個不合適的子查詢用法會形成一個性能瓶頸。

2子查詢分類

一個查詢語句塊（select-from-where）可以嵌套在另外一個查詢塊的where子句中，從子查詢的語法規則和執行過程不同，子查詢分為無關子查詢和相關子查詢兩種。

2.1無關子查詢

無關子查詢的結構如下：SELECT ——FROM——WHERE? （SELECT ——FROM——WHERE）

無關子查詢的工作方式是由內向外處理：先執行內查詢，外層查詢利用內層查詢的結果作條件，子查詢返回結果的數據類型必須與外查詢 WHERE 語句的數據類型相匹配。

2.2相關子查詢

相關子查詢的結構如下：SELECT ——FROM——WHERE? NOT? EXISTS （SELECT? *? ?FROM——? WHERE? NOT? EXISTS? ? （SELECT? * FROM —— WHERE? ?））;

帶有EXISTS量詞的子查詢不返回任何數據，只產生邏輯值，子查詢的查詢條件依賴于外層父查詢的某個屬性值，這就是相關子查詢的由來，內查詢的執行次數與外查詢執行次數相同。

3查詢執行過程分析

以下面的三張表為例子，要求查詢被所有學生都選修了的課程信息。

Student（Sno ，Sname，Sdep ） Course（Cno， Cname， Credit）? SC（Sno， Cno， Score）

3.1采用相關子查詢

根據傳統的方法，我們采用三層嵌套，對應的SQL語句如下：

SELECT Cno， Cname? ?FROM? Course? ?WHERE NOT EXISTS （SELECT? *? FROM Student WHERE NOT EXISTS? ? ?（SELECT * FROM SC WHERE Sno=Student.Sno AND Cno=Course.Cno））;

這個算是一個比較復雜的sql語句了，兩個 NOT EXISTS和三個WHERE，這個sql語句可以分為3層：最外層語句，最內層語句，中間層語句。

其執行過程如下：①進入第一層：在外層Course中取出一個元組的Cno，如Cno值‘C1;②進入第二層：取Student表中的一個Sno值‘S1;③進入第三層：判斷SC表中是否有 Cno=‘C1 并且Sno=‘S1這樣的元組，經過NOT EXISTS的取反，存在F，不存在就是T—— 結果F④返回第二層：取第二個Sno值‘S2⑤進入第三層：判斷是否存在 Cno=‘C1 并且Sno=‘S2這樣的元組，結果取反 —— 結果F;⑥經過多次這樣的迭代，取最后一個Sno值，結果取反 —— 結果F，返回第一層的結果：T（NOT EXISTS再次取反），所以將Cno='C1課程信息取出放入結果表中，即對應Course的'C1記錄，Student表中的所有的記錄對應的中間層的返回值為假，所以最外層的NOT EXISTS對應的值為真，最外層的WHERE的值也為真，則'C1對應的課程的記錄符合查詢條件，裝入結果表中。

重復上述步驟，直到將Course中的元組取完。

這是一個帶有全稱量詞的謂詞查詢（題中帶有“全部”），將其轉換為等價的存在量詞的謂詞查詢，即：不存在一個學生沒有選修這門課程的，即所有學生都選了這門課程。

可以看出：相關子查詢從上往下順序執行，主查詢的每一行查詢都執行一次完整的子查詢。EXISTS 操作符檢查在子查詢中是否存在滿足條件的行：如果在子查詢中存在滿足條件的行：不在子查詢中繼續查找，條件返回 TRUE;如果在子查詢中不存在滿足條件的行，條件返回 FALSE， 繼續在子查詢中查找。假設學生表有10條記錄，課程表有8條記錄，選課表按平均每人選6門課算，則整個查詢要執行10×8×6=480次。

3.2 采用綜合查詢法

如果將外層設計為相關子查詢，而在中間層為無關子查詢，對應的SQL語句如下：SELECT Cno，Cname? FROM Course WHERE NOT EXISTS （SELECT * FROM Student WHERE Sno? NOT IN （SELECT Sno? FROM? SC? WHERE Cno=C.Cno）） ;

其執行過程如下：① 進入第一層：在外層Course中取出一個元組的Cno，如Cno值‘C1;② 進入第二層：執行無關子查詢，按照無關子查詢執行的順序，先執行最內層的查詢，在選課表中查詢選修了C1課程的學生的學號，返回到中間層;③ 經過NOT? IN 的取反，得到的是沒有選修‘C1課程的學生的學號;④ 根據相關子查詢的執行原理，將中間層的結果返回到第一層，再一次經過NOT EXISTS的取反，得到的是不存在沒有選修‘C1課程的學生，說明所有學生都選修了‘C1課程。

可以看出：這里采用了相關子查詢和無關子查詢兩種方法，同樣按上面的例子，由于第二層和第三層之間采用的無關子查詢，只需要在子查詢中查找滿足條件的元組，不需要外層查詢中的字段值，整個查詢要執行10×8=80次。顯然，這種方法更好理解，且只有一層相關子查詢，執行速度快。

3.3 采用集合的查詢

SQL的SELECT語句查詢結果是元組的集合，如果將外層設計為相關子查詢，而把內層設計為集合的查詢，集合操作可以用差運算。這樣三層嵌套查詢可以用兩層嵌套查詢完成。對應的SQL語句如下：SELECT? Cno，Cname? FROM C? WHERE NOT EXISTS? （（ SELECT? Sno? ?FROM S）? ? EXCEPT? ?（SELECT Sno? FROM? SC? ）? WHERE Cno=C.Cno? ） ;

其執行過程如下：① 進入第一層：在外層Course中取出一個元組的Cno，如Cno值‘C1;② 進入第二層：執行集合的子查詢，在學生表中投影全部學生學號Sno，同時在選課表中查選修了‘C1課程的學生學號，然后執行集合的差運算，得到的是沒有選修‘C1課程的學生學號，返回到外層;③ 經過NOT? EXISTS的取反，得到的是不存在沒有選修‘C1課程的學生，說明所有學生都選修了‘C1課程。

采用了相關子查詢和集合查詢，同樣按上面的例子，只有兩層查詢，則整個查詢要執行10次。顯然，這種方法最簡單，方法直接，易理解，執行速度最快，效率最高。

結束語

一個查詢是可以用多種方法來實現的，一個復雜的查詢要用到嵌套查詢，相關子查詢最不好理解，執行的過程長，效率低;如果采用無關子查詢、集合查詢等，可以加快查詢的速度，提高查詢效率。

參考文獻

[1] 姜代紅，蔣秀蓮 .數據庫原理及應用（第2版）清華大學出版社，2010.12

[2] 何玉潔 數據庫系統教程（第2版）人民郵電出版社，2015.12