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Oracle统计量对于CBO执行是至关重要的。RBO是建立在数据结构的基础上的,DDL结构、约束会将SQL语句分为不同的成本结构等级。而CBO是在数据结构的基础上,加入数据表细粒度信息,将成本结构细化为成本cost值。

相对于数据表的DDL结构,统计量反映了当下数据表数据分布情况,可变性更强。我们经常遇到这样的场景,数据导入操作之后,原有一个运行良好的作业突然效率低下。当我们手工收集一下统计量之后,作业效率提升。这种现象也就是反映了统计量和执行计划的关系。

SGA中的shared pool是进行执行计划缓存的位置。Shared Cursor是SQL语句共享的主要对象。一句SQL语句,如果在Shared Pool中有缓存的执行计划。这个时候,有新的统计量收集动作,有新统计量收集到数据字典中,进而以为了新的执行计划需求。那么,Oracle是如何进行抉择呢?

答案就是dbms_stats的no_invalidate参数。通过不同的参数配置,可以实现对Oracle失效共享游标行为的控制。

1no_invalidate参数

No_invalidate参数从字面上比较纠结。No和in都是否定含义,“负负得正”。参数含义就是validate,也就是是否有效。它决定了新统计量生成之后,如何处理此时已经生成的执行计划,也就是在Shared Pool中的执行计划。

统计量决定SQL执行计划,是CBO的一个特征。但是这个过程是针对新生成的执行计划,也就是新的Parse过程。对于已经生成的执行计划,Oracle是通过no_invalidate参数来处理shared cursor的失效过程。

一个对象(数据表、索引)新统计量生成之后,最简单的方法是一次性将在Shared Pool中有依赖关系的shared cursor失效。下一次再进行SQL执行的时候,必然会用新的执行计划Parse解析过程。另一个极端是无视新统计量的差异,维持现有的Shared Cursor,不会去让其失效。

从性能角度看,两个极端都是有其问题的。如果是一次性将其全部失效,会引起后续作业过程的“解析峰值”。因为,如果系统负载比较高,突然间缓存的执行计划全部被失效,Oracle作业必然要进行一些额外的成本进行执行计划重新生成。这个会体现在系统运行有一个峰值。

如果不将共享游标失效,那么新的统计量不会很快体现在更好执行计划生成的过程。性能提升无从谈起。

所以,是否将游标失效,是一个“左右为难”的问题。

在Oracle中,no_invalidate参数包括三个取值。

SQL> select * from v$version;

BANNER

--------------------------------------------------------------------------------

Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.2.0.1.0 - Production

PL/SQL Release 11.2.0.1.0 - Production

CORE 11.2.0.1.0 Production

TNS for Linux: Version 11.2.0.1.0 - Production

NLSRTL Version 11.2.0.1.0 - Production

--   no_invalidate - Do not invalide the dependent cursors if set to TRUE.

--     The procedure invalidates the dependent cursors immediately

--     if set to FALSE.

--     Use DBMS_STATS.AUTO_INVALIDATE to have oracle decide when to

--     invalidate dependend cursors. This is the default. The default

--     can be changed using set_param procedure.

--     When the 'cascade' argument is specified, not pertinent with certain

--     types of indexes described in the gather_index_stats section.

Oracle支持true、false和dbms_stats.auto_invalidate取值。如果取值为true,表示不进行游标失效动作,原有的shared cursor保持原有状态。如果取值为false,表示将统计量对象相关的所有cursor全部失效。如果设置为auto_invalidate,根据官方文档,Oracle自己决定shared cursor失效动作。

从10G开始,Oracle就将auto_invalidate作为默认的统计量收集行为。

SQL> select dbms_stats.get_param(pname => 'no_invalidate') from dual;

DBMS_STATS.GET_PARAM(PNAME=>'N

--------------------------------------------------------------------------------

DBMS_STATS.AUTO_INVALIDATE

下面,笔者将通过一系列的实验,来证明no_invalidate参数取值的效果。

2no_invalidate取值为YES

取值为YES,表示不经心共享游标失效动作,即使这个过程中,共享的游标已经不是最优的执行计划。

我们创建实验数据表。

SQL> create table t as select * from dba_objects;

Table created

SQL> create index idx_t_id on t(object_id);

Index created

--第一次统计量收集

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade => true);

PL/SQL procedure successfully completed

目标SQL语句,注意:出于篇幅原因,笔者将结果屏蔽。

SQL> select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000;

统计信息

----------------------------------

164  recursive calls

0  db block gets

23  consistent gets

0  physical reads

(有省略……)

1  rows processed

此时shared pool中情况如下,出现第一个执行计划缓存对象。

SQL> select sql_id, executions, version_count from v$sqlarea where sql_text like 'select /*+demo*/%';

SQL_ID        EXECUTIONS VERSION_COUNT

------------- ---------- -------------

cnb0ktgvms6vq          1             1

SQL> select * from table(dbms_xplan.display_cursor(sql_id=>'cnb0ktgvms6vq'));

PLAN_TABLE_OUTPUT

--------------------------------------------------------------------------------

SQL_ID  cnb0ktgvms6vq, child number 0

-------------------------------------

select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000

Plan hash value: 514881935

--------------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation                   | Name     | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Ti

--------------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT            |          |       |       |     2 (100)|

|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T        |     1 |    11 |     2   (0)| 00

|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | IDX_T_ID |     1 |       |     1   (0)| 00

--------------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

2 - access("OBJECT_ID"=1000)

19 rows selected

此时,最优的执行计划是索引路径。在shared pool中有一个父游标和子游标(version count=1),执行次数为1。

第二次执行之后,Shared Pool中有共享现象。相同的共享游标执行两次。

SQL> select sql_id, executions, version_count from v$sqlarea where sql_text like 'select /*+demo*/%';

SQL_ID        EXECUTIONS VERSION_COUNT

------------- ---------- -------------

cnb0ktgvms6vq          2             1

之后,我们更新数据,修改数据分布结构。

SQL> update t set object_id=1000;

72729 rows updated

SQL> commit;

Commit complete

此时,如果执行SQL语句,我们发现依然是使用原有的索引路径。此时全部T表中object_id都是1000,走索引不是好的选择。

SQL> select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000;

已选择72729行。

统计信息

------------------------------------------

0  recursive calls

0  db block gets

11157  consistent gets

0  physical reads

72729  rows processed

SQL> select sql_id, executions, version_count from v$sqlarea where sql_text like 'select /*+demo*/%';

SQL_ID        EXECUTIONS VERSION_COUNT

------------- ---------- -------------

cnb0ktgvms6vq          3             1

此时的路径依然是Index Range Scan。这个明显是由于统计量的过时,外加游标共享,引起的错误路径。下面我们重新收集一下统计量,采用no_invaliate为true的情况。

SQL> exec dbms_stats.flush_database_monitoring_info;

PL/SQL procedure successfully completed

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade => true,no_invalidate => true,method_opt => 'for columns size 10 object_id');

PL/SQL procedure successfully completed

新统计量生成,我们使用explain plan查看一下,此时SQL应该采用的执行计划是什么?

SQL> explain plan for select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000;

Explained

SQL> select * from table(dbms_xplan.display);

PLAN_TABLE_OUTPUT

--------------------------------------------------------

Plan hash value: 1601196873

---------------------------------------------------------

| Id  | Operation         | Name | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |

--------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT  |      | 72722 |   639K|   266   (1)| 00:00:04 |

|*  1 |  TABLE ACCESS FULL| T    | 72722 |   639K|   266   (1)| 00:00:04 |

--------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

1 - filter("OBJECT_ID"=1000)

13 rows selected

此时,FTS全表扫描是更好的选择。但是我们查看一下实际执行时候,路径情况。

SQL> select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000;

已选择72729行。

统计信息

----------------------------------------------------------

0  recursive calls

0  db block gets

10907  consistent gets

0  physical reads

0  redo size

72729  rows processed

SQL> select sql_id, executions, version_count from v$sqlarea where sql_text like 'select /*+demo*/%';

SQL_ID        EXECUTIONS VERSION_COUNT

------------- ---------- -------------

cnb0ktgvms6vq          4             1

此时,Oracle依然选择了原来的Index路径,原有的shared cursor没有失效!!如果我们此时将shared pool清空,新的FTS执行计划也就生成。

SQL> alter system flush shared_pool;

System altered

SQL> select sql_id, executions, version_count from v$sqlarea where sql_text like 'select /*+demo*/%';

SQL_ID        EXECUTIONS VERSION_COUNT

------------- ---------- -------------

SQL> select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000;

已选择72729行。

统计信息

----------------------------------------------------------

243  recursive calls

0  db block gets

5855  consistent gets

0  physical reads

72729  rows processed

--新的shared cursor形成

SQL> select sql_id, executions, version_count from v$sqlarea where sql_text like 'select /*+demo*/%';

SQL_ID        EXECUTIONS VERSION_COUNT

------------- ---------- -------------

cnb0ktgvms6vq          1             1

--FTS执行计划

SQL> select * from table(dbms_xplan.display_cursor(sql_id => 'cnb0ktgvms6vq'));

PLAN_TABLE_OUTPUT

--------------------------------------------------------------------------------

SQL_ID  cnb0ktgvms6vq, child number 0

-------------------------------------

select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000

Plan hash value: 1601196873

--------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation         | Name | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |

--------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT  |      |       |       |   266 (100)|          |

|*  1 |  TABLE ACCESS FULL| T    | 72722 |   639K|   266   (1)| 00:00:04 |

--------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

1 - filter("OBJECT_ID"=1000)

18 rows selected

结论:当我们使用no_invalidate为true的时候,原有的shared cursor不会被失效,可以支持共享。只有当被age out或者flush out出shared pool之后,新执行计划才能生成。

3no_invalidate=false

下面我们看看取值为false的情况,实验场景相同。为避免影响,我们重新构建数据表。

SQL> drop table t purge;

Table dropped

SQL> alter system flush shared_pool;

System altered

SQL> create table t as select * from dba_objects;

Table created

SQL> create index idx_t_id on t(object_id);

Index created

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade => true);

PL/SQL procedure successfully completed

第一次执行SQL语句,形成Index路径执行计划。

SQL> select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000;

统计信息

----------------------------------------------------------

164  recursive calls

0  db block gets

23  consistent gets

1  rows processed

SQL> select sql_id, executions, version_count from v$sqlarea where sql_text like 'select /*+demo*/%';

SQL_ID        EXECUTIONS VERSION_COUNT

------------- ---------- -------------

cnb0ktgvms6vq          1             1

SQL> select * from table(dbms_xplan.display_cursor(sql_id=>'cnb0ktgvms6vq'));

PLAN_TABLE_OUTPUT

--------------------------------------------------------------------------------

SQL_ID  cnb0ktgvms6vq, child number 0

-------------------------------------

select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000

Plan hash value: 514881935

--------------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation                   | Name     | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Ti

--------------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT            |          |       |       |     2 (100)|

|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T        |     1 |    11 |     2   (0)| 00

|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | IDX_T_ID |     1 |       |     1   (0)| 00

--------------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

2 - access("OBJECT_ID"=1000)

19 rows selected

第二次执行相同SQL,我们可以看到生成的shared cursor进行共享。

SQL> select sql_id, executions, version_count, first_load_time from v$sqlarea where sql_text like 'select /*+demo*/%';

SQL_ID        EXECUTIONS VERSION_COUNT FIRST_LOAD_TIME

------------- ---------- ------------- ----------------------------------------------------------------------------

cnb0ktgvms6vq          2             1 2014-01-06/00:04:29

修改数据object_id取值,改变数据分布。

SQL>  update t set object_id=1000;

72729 rows updated

SQL> commit;

Commit complete

第三次执行。

SQL> select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000;

已选择72729行。

统计信息

--------------------------------------

0  recursive calls

0  db block gets

11157  consistent gets

72729  rows processed

此时shared cursor状态如下:

SQL> select sql_id, executions, version_count, first_load_time from v$sqlarea where sql_text like 'select /*+demo*/%';

SQL_ID        EXECUTIONS VERSION_COUNT FIRST_LOAD_TIME

------------- ---------- ------------- ----------------------------------------------------------------------------

cnb0ktgvms6vq          3             1 2014-01-06/00:04:29

执行计划是进行Index Range Scan动作。

SQL> select * from table(dbms_xplan.display_cursor(sql_id=>'cnb0ktgvms6vq'));

PLAN_TABLE_OUTPUT

--------------------------------------------------------------------------------

SQL_ID  cnb0ktgvms6vq, child number 0

-------------------------------------

select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000

Plan hash value: 514881935

--------------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation                   | Name     | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Ti

--------------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT            |          |       |       |     2 (100)|

|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T        |     1 |    11 |     2   (0)| 00

|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | IDX_T_ID |     1 |       |     1   (0)| 00

--------------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

2 - access("OBJECT_ID"=1000)

19 rows selected

收集统计量,使用no_invalidate为false取值。

SQL> exec dbms_stats.flush_database_monitoring_info;

PL/SQL procedure successfully completed

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade => true,no_invalidate => false,method_opt => 'for columns size 10 object_id');

PL/SQL procedure successfully completed

第四次执行过程。

SQL> select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000;

已选择72729行。

统计信息

----------------------------

141  recursive calls

0  db block gets

5835  consistent gets

72729  rows processed

SQL> select sql_id, executions, version_count, first_load_time from v$sqlarea where sql_text like 'select /*+demo*/%';

SQL_ID        EXECUTIONS VERSION_COUNT FIRST_LOAD_TIME

------------- ---------- ------------- -------------------

cnb0ktgvms6vq          1             1 2014-01-06/00:04:29

注意:在相同的sql_id情况下,version_count和executions都为1。Executions是不可能减少的。所以,这个父游标是新生成的!

此时,执行计划如下:

SQL> select * from table(dbms_xplan.display_cursor(sql_id=>'cnb0ktgvms6vq'));

PLAN_TABLE_OUTPUT

--------------------------------------------------------------------------------

SQL_ID  cnb0ktgvms6vq, child number 0

-------------------------------------

select /*+demo*/object_id, owner from t where object_id=1000

Plan hash value: 1601196873

--------------------------------------------------------------------------

| Id  | Operation         | Name | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |

--------------------------------------------------------------------------

|   0 | SELECT STATEMENT  |      |       |       |   266 (100)|          |

|*  1 |  TABLE ACCESS FULL| T    | 72722 |   639K|   266   (1)| 00:00:04 |

--------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):

---------------------------------------------------

1 - filter("OBJECT_ID"=1000)

18 rows selected

这也就是说明了,新的执行计划已经生成了!也就是原有的游标被废弃。

结论:当我们收集统计量使用no_invalidate为false的时候,原有的共享游标被失效,下一次在执行SQL的时候,Oracle会重新为其生成执行计划,也就是一次hard parse过程。

True和false取值是比较简单的。我们接下来讨论dbms_stats.auto_invalidate取值情况。

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