数据库的查询执行计划与等价变换技术 一、知识点描述 查询执行计划是数据库优化器为SQL查询生成的详细操作步骤，而等价变换技术是优化器在不改变查询语义的前提下，通过逻辑等价规则重写查询结构，以生成更高效执行计划的核心方法。该技术通过代数变换、启发式规则等方式，将原始查询转换为执行成本更低的逻辑等价形式。 二、解题过程详解 步骤1：理解等价变换的基本原理 核心概念 ：两个查询逻辑等价是指对于任何合法的数据库状态，它们返回的结果集完全相同。 实现基础 ：基于关系代数（如选择σ、投影π、连接⋈等运算符）的等价规则，例如： 选择条件下沉：σ 条件 (A ⋈ B) ≡ σ 条件 (A) ⋈ B（若条件仅涉及A表属性） 投影提前：π 字段列表 (A ⋈ B) ≡ π 字段列表 (π 所需字段 (A) ⋈ π 所需字段 (B)) 步骤2：分析常见等价变换类型 选择操作优化 ： 分解复合条件：σ p∧q (R) → σ p (σ q (R))，便于分步使用索引。 选择与连接交换：当选择条件只涉及连接中的一个表时，可先执行选择减少中间结果。 投影操作优化 ： 尽早消除无关列，减少数据搬运量。例如对 SELECT A.x, B.y FROM A JOIN B ON A.id=B.id ，可先对A、B表分别投影仅保留id、x、y字段。 连接顺序调整 ： 基于代价估算重新排列连接顺序（如小表优先连接），减少中间结果大小。例如(A ⋈ B) ⋈ C 可能等价于 A ⋈ (B ⋈ C)，但执行成本不同。 步骤3：结合具体场景的变换案例 案例背景 ：查询 SELECT * FROM orders JOIN customers ON orders.cid=customers.id WHERE customers.country='China' 。 变换过程 ： 将选择条件 customers.country='China' 下推至 customers 表扫描前，先过滤出中国客户。 对 orders 和 customers 表提前投影，仅保留连接和输出所需的字段。 若 customers 表过滤后数据量远小于 orders 表，优化器可能选择将 customers 作为连接的外层表。 步骤4：理解优化器的交互机制 等价变换与代价估算循环：优化器生成多个等价逻辑计划 → 为每个计划估算I/O、CPU成本 → 选择总成本最低的计划。 启发式规则优先：如总先执行选择操作，避免对无效数据执行连接。 步骤5：掌握人工干预方法 使用查询提示（Hints）引导变换方向，例如在SQL中指定连接顺序或索引。 通过分析执行计划确认变换效果，对比变换前后的扫描行数、临时表使用等情况。 三、关键要点总结 等价变换的目标是减少中间数据量及昂贵操作（如全表扫描）的出现。 变换效果依赖统计信息的准确性（如表大小、索引选择性）。 复杂查询可能涉及数十种变换组合，需通过代价模型权衡最优解。