一、引言
在数据库的世界里，查询优化是提升系统性能的关键一环。达梦 DM8 作为一款国产的优秀数据库管理系统，其查询优化器起着至关重要的作用。而直方图与频率统计作为查询优化器中的重要统计信息，对执行计划的生成有着深远的影响。接下来，我们就一起深入探讨一下这两者是如何影响执行计划的。
二、达梦 DM8 查询优化器基础
2.1 查询优化器的作用
查询优化器就像是数据库的“智能大脑”，它的主要任务是根据用户提交的 SQL 查询语句，结合数据库中的统计信息，生成最优的执行计划。一个好的执行计划可以大大提高查询的执行效率，减少查询的响应时间。例如，当我们执行一个复杂的 SQL 查询时，查询优化器会分析各种可能的执行路径，选择出一条最节省资源、执行速度最快的路径。
2.2 统计信息的重要性
统计信息是查询优化器做出决策的重要依据。它包括表的行数、列的分布情况等。通过这些统计信息，查询优化器可以估算出每个执行步骤的成本，从而选择最优的执行计划。比如，如果统计信息显示某个表的数据量非常大，那么查询优化器可能会选择使用索引来加快查询速度。
三、直方图统计
3.1 直方图的概念
直方图是一种用于描述数据分布情况的统计工具。在达梦 DM8 中，直方图可以帮助查询优化器更准确地了解列数据的分布。简单来说，直方图将列的数据范围划分为多个区间，每个区间对应一个频数，表示该区间内数据的数量。
3.2 直方图的生成
在达梦 DM8 中，可以使用以下 SQL 语句来生成直方图：
-- 为表 TEST_TABLE 的 COLUMN_NAME 列生成直方图
ANALYZE TABLE TEST_TABLE COMPUTE STATISTICS COLUMN COLUMN_NAME WITH HISTOGRAM;
注释：这条 SQL 语句的作用是对 TEST_TABLE 表的 COLUMN_NAME 列进行统计分析，并生成直方图。COMPUTE STATISTICS 表示计算统计信息，WITH HISTOGRAM 表示同时生成直方图。
3.3 直方图对执行计划的影响
假设我们有一个销售表 SALES，其中有一个 PRICE 列表示商品的价格。如果没有直方图统计信息，查询优化器可能会简单地认为 PRICE 列的数据是均匀分布的。但实际上，可能大部分商品的价格都集中在某个区间内。
-- 查询价格大于 100 的商品
SELECT * FROM SALES WHERE PRICE > 100;
如果有了 PRICE 列的直方图统计信息，查询优化器就能更准确地估算出满足 PRICE > 100 条件的记录数。这样，它在生成执行计划时，可能会选择更合适的索引或者扫描方式，从而提高查询效率。
3.4 应用场景
- 数据分布不均匀的列：当列的数据分布不均匀时，直方图可以帮助查询优化器更准确地了解数据的分布情况，从而生成更优的执行计划。例如，用户的年龄分布可能是不均匀的，大部分用户集中在某个年龄段，这时为年龄列生成直方图就很有必要。
- 复杂查询：在复杂的 SQL 查询中，涉及到多个表的连接和过滤条件，直方图可以帮助查询优化器更准确地估算每个操作的成本，从而选择最优的执行计划。
3.5 技术优缺点
- 优点：
- 提高查询优化器的估算准确性：能够更精确地反映数据的分布情况，使查询优化器做出更合理的决策。
- 适应数据分布变化：当数据分布发生变化时，直方图可以及时更新，保证查询优化器的性能。
- 缺点：
- 生成和维护成本高：生成直方图需要额外的时间和资源，并且随着数据的更新，直方图也需要不断更新。
- 可能占用较多存储空间：直方图需要存储一定的统计信息，会占用一定的数据库存储空间。
3.6 注意事项
- 定期更新直方图：随着数据的不断变化，直方图的统计信息可能会变得不准确。因此，需要定期对直方图进行更新，以保证查询优化器的性能。
- 选择合适的列生成直方图：不是所有的列都需要生成直方图，应该选择数据分布不均匀且在查询中经常使用的列生成直方图。
四、频率统计
4.1 频率统计的概念
频率统计是指统计列中每个不同值的出现频率。在达梦 DM8 中，频率统计可以帮助查询优化器了解列数据的离散程度。
4.2 频率统计的生成
在达梦 DM8 中，可以使用以下 SQL 语句来生成频率统计：
-- 为表 TEST_TABLE 的 COLUMN_NAME 列生成频率统计
ANALYZE TABLE TEST_TABLE COMPUTE STATISTICS COLUMN COLUMN_NAME WITH FREQUENCY;
注释：这条 SQL 语句的作用是对 TEST_TABLE 表的 COLUMN_NAME 列进行统计分析，并生成频率统计。COMPUTE STATISTICS 表示计算统计信息，WITH FREQUENCY 表示同时生成频率统计。
4.3 频率统计对执行计划的影响
假设我们有一个用户表 USERS，其中有一个 GENDER 列表示用户的性别，该列只有两个不同的值：'M'（男性）和 'F'（女性）。
-- 查询男性用户
SELECT * FROM USERS WHERE GENDER = 'M';
如果有了 GENDER 列的频率统计信息，查询优化器就能准确地知道男性用户在表中所占的比例。这样，它在生成执行计划时，可以更合理地选择扫描方式和索引，提高查询效率。
4.4 应用场景
- 离散值列：对于列中不同值较少的离散值列，频率统计可以帮助查询优化器更准确地了解每个值的出现频率，从而生成更优的执行计划。例如，用户的国籍、婚姻状况等列。
- 等值查询：在进行等值查询时，频率统计可以帮助查询优化器更准确地估算满足条件的记录数，从而选择更合适的执行计划。
4.5 技术优缺点
- 优点：
- 准确反映离散值分布：对于离散值列，频率统计可以准确地反映每个值的出现频率，使查询优化器做出更合理的决策。
- 生成和维护成本相对较低：相比于直方图，频率统计的生成和维护成本相对较低。
- 缺点：
- 不适合连续值列：对于连续值列，频率统计的作用有限，无法准确反映数据的分布情况。
- 可能存在信息不足：当列中的不同值较多时，频率统计可能无法提供足够的信息，影响查询优化器的决策。
4.6 注意事项
- 结合其他统计信息使用：频率统计通常需要与其他统计信息（如直方图）结合使用，以提供更全面的信息。
- 定期更新频率统计：随着数据的更新，频率统计信息可能会变得不准确，需要定期进行更新。
五、直方图与频率统计的综合影响
5.1 综合应用示例
假设我们有一个订单表 ORDERS，其中有一个 ORDER_DATE 列表示订单的日期，还有一个 ORDER_STATUS 列表示订单的状态（如 'PAID'、'UNPAID' 等）。
-- 查询 2023 年 1 月 1 日之后的已支付订单
SELECT * FROM ORDERS WHERE ORDER_DATE > '2023-01-01' AND ORDER_STATUS = 'PAID';
对于 ORDER_DATE 列，由于日期数据可能分布不均匀，我们可以为其生成直方图。对于 ORDER_STATUS 列，由于其是离散值列，我们可以为其生成频率统计。这样，查询优化器在生成执行计划时，可以综合考虑这两个列的统计信息，选择最优的执行计划。
5.2 对执行计划的综合影响
通过同时使用直方图和频率统计，查询优化器可以更全面地了解数据的分布情况，从而生成更准确的执行计划。在上述示例中，查询优化器可以根据 ORDER_DATE 列的直方图估算出 2023 年 1 月 1 日之后的订单数量，根据 ORDER_STATUS 列的频率统计估算出已支付订单的比例，然后综合考虑这两个因素，选择合适的索引和扫描方式。
六、注意事项
6.1 统计信息的更新
无论是直方图还是频率统计，其统计信息都会随着数据的更新而变得不准确。因此，需要定期对统计信息进行更新。可以使用以下 SQL 语句来更新统计信息：
-- 更新表 TEST_TABLE 的所有统计信息
ANALYZE TABLE TEST_TABLE COMPUTE STATISTICS;
注释：这条 SQL 语句的作用是对 TEST_TABLE 表的所有列进行统计分析，并更新统计信息。
6.2 资源消耗
生成和维护直方图与频率统计需要消耗一定的时间和资源。因此，在选择需要生成统计信息的列时，要谨慎考虑，避免不必要的资源消耗。
6.3 与其他优化技术的结合
直方图和频率统计只是查询优化的一部分，还可以结合其他优化技术，如索引优化、查询重写等，来进一步提高查询性能。
七、文章总结
在达梦 DM8 中，直方图和频率统计作为查询优化器的重要统计信息，对执行计划的生成有着重要的影响。直方图可以帮助查询优化器更准确地了解数据的分布情况，适用于数据分布不均匀的列和复杂查询；频率统计可以准确反映离散值列中每个值的出现频率，适用于离散值列和等值查询。通过合理使用直方图和频率统计，并结合其他优化技术，可以大大提高查询的执行效率，提升数据库的性能。同时，要注意定期更新统计信息，避免资源的不必要消耗。
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