优化01-统计信息

Oracle 的统计信息是数据库优化器生成高效执行计划的核心依据。它记录了数据库对象(如表、索引、列等)的元数据信息,帮助优化器评估查询成本并选择最优执行路径。以下是关于 Oracle 统计信息的详细介绍:

一、统计信息的分类

表统计信息

  • 行数(NUM_ROWS):表的近似行数(可能基于采样)。
  • 块数(BLOCKS):表占用的数据块总数。
  • 空块数(EMPTY_BLOCKS):未被数据占用的块数。
  • 行迁移/链化(ROW_MOVEMENT):标识是否有行因更新操作导致迁移或链化。
  • 平均行长度(AVG_ROW_LEN):表中每行的平均字节数。

索引统计信息

  • 叶子块数(LEAF_BLOCKS):索引的叶子节点块数。
  • 层级(BLEVEL):索引的高度(根节点到叶子节点的层数)。
  • 聚簇因子(CLUSTERING_FACTOR):衡量索引列与表数据物理存储顺序的匹配程度。值越低,索引效率越高。
  • 唯一值数量(DISTINCT_KEYS):索引列的唯一值数量。

列统计信息

  • 唯一值数量(NUM_DISTINCT):列中不同值的数量。
  • 高频值(DENSE_RANK):最常见的值及其出现频率。
  • 空值比例(NUM_NULLS):列中 NULL 值的数量。
  • 直方图(HISTOGRAM):描述列数据分布的详细统计信息(可选)。

直方图(Histogram)

  • 频率直方图(FREQUENCY):记录每个列值的精确出现次数(适用于低基数列)。
  • 高度均衡直方图(HEIGHT BALANCED):将数据划分为相等大小的区间,记录每个区间的行数(适用于高基数列)。
  • 拓扑直方图(TOP-N):仅记录前 N 个高频值(适用于需要快速分析 TOP 值的场景)。

二、统计信息的存储位置

统计信息存储在以下数据字典视图中:

  • 表统计信息DBA_TABLES / USER_TABLES
  • 索引统计信息DBA_INDEXES / USER_INDEXES
  • 列统计信息DBA_TAB_COLUMNS / USER_TAB_COLUMNS
  • 直方图信息DBA_HISTOGRAMS / USER_HISTOGRAMS

三、统计信息的收集方法

自动收集(Auto Optimizer Stats Collection)

  • 机制 :Oracle 后台进程 auto optimizer stats collection 定期(默认每小时)收集统计信息。

  • 触发条件:

    • 表的数据变更量超过 10%(通过 DBMS_STATSESTIMATE_PERCENT 计算)。
    • AWR 快照生成时(如果统计信息过期)。
  • 管理命令:

    sql 复制代码
    -- 查看自动作业状态
    SELECT * FROM DBA_AUTOTASK_CLIENT WHERE CLIENT_NAME = 'auto optimizer stats collection';
    -- 禁用自动收集
    EXEC DBMS_AUTO_TASK_ADMIN.DISABLE('auto optimizer stats collection', TRUE, TRUE);
    -- 启用自动收集
    EXEC DBMS_AUTO_TASK_ADMIN.ENABLE('auto optimizer stats collection');

手动收集(Manual Collection)

使用 DBMS_STATS 包手动收集统计信息,支持精细控制:

  • 收集整个数据库:

    sql 复制代码
    EXEC DBMS_STATS.GATHER_DATABASE_STATS(
      estimate_percent => DBMS_STATS.AUTO_SAMPLE_SIZE, -- 自动选择采样比例
      degree          => 8,                             -- 并行度
      cascade         => TRUE                           -- 收集索引和约束统计信息
    );
  • 收集特定表:

    sql 复制代码
    EXEC DBMS_STATS.GATHER_TABLE_STATS(
      ownname        => 'HR',
      tabname        => 'EMPLOYEES',
      partname       => 'SALES_Q1',                     -- 分区名称(可选)
      method_opt     => 'FOR COLUMNS SAL SIZE 254',    -- 对 SAL 列生成直方图
      degree         => 4,
      cascade        => TRUE
    );
  • 收集索引统计信息:

    sql 复制代码
    EXEC DBMS_STATS.GATHER_INDEX_STATS(ownname => 'HR', indname => 'EMP_IDX');

关键参数

  • estimate_percent :采样比例。DBMS_STATS.AUTO_SAMPLE_SIZE 会根据数据量自动调整(推荐使用)。

  • degree:并行度,加速统计信息收集。

  • **

    复制代码
    method_opt

    **:控制列统计信息和直方图的生成方式。例如:

    • FOR ALL COLUMNS SIZE AUTO:自动决定是否为列生成直方图。
    • FOR COLUMNS SAL SIZE 254:强制为 SAL 列生成最大桶数的直方图。
  • cascade :是否同时收集索引和约束的统计信息(默认 TRUE)。

四、查看统计信息

表和索引统计信息

sql 复制代码
-- 查看表统计信息
SELECT TABLE_NAME, NUM_ROWS, BLOCKS, EMPTY_BLOCKS, LAST_ANALYZED 
FROM USER_TABLES 
WHERE TABLE_NAME = 'EMPLOYEES';

-- 查看索引统计信息
SELECT INDEX_NAME, LEAF_BLOCKS, DISTINCT_KEYS, CLUSTERING_FACTOR, LAST_ANALYZED 
FROM USER_INDEXES 
WHERE INDEX_NAME = 'EMP_IDX';

列统计信息

sql 复制代码
-- 查看列的唯一值数量和空值比例
SELECT COLUMN_NAME, NUM_DISTINCT, NUM_NULLS, DENSITY 
FROM USER_TAB_COLUMNS 
WHERE TABLE_NAME = 'EMPLOYEES';

直方图信息

sql 复制代码
-- 查看列的直方图数据
SELECT ENDPOINT_VALUE, ENDPOINT_NUMBER 
FROM USER_HISTOGRAMS 
WHERE TABLE_NAME = 'EMPLOYEES' AND COLUMN_NAME = 'SALARY';

统计信息的维护策略

4.1最佳实践

  • 定期收集:在业务低峰期手动收集关键表(如频繁更新的表或大表)。
  • 监控AWR报告 :通过 Top SQLSegments by DB Time 发现统计信息失效的线索。
  • 避免过度采样 :默认的 AUTO_SAMPLE_SIZE 通常足够,除非需要精确分析数据分布。

4.2锁定统计信息

防止自动作业覆盖手动收集的结果:

sql 复制代码
-- 锁定表的统计信息
EXEC DBMS_STATS.LOCK_TABLE_STATS(ownname => 'HR', tabname => 'EMPLOYEES');
-- 解锁
EXEC DBMS_STATS.UNLOCK_TABLE_STATS(ownname => 'HR', tabname => 'EMPLOYEES');

处理过时统计信息

  • 手动刷新:当表数据变更显著时(如批量插入、删除),立即重新收集统计信息。
  • 使用 DBMS_STATS.LOCK_STATS:防止自动作业干扰手动维护。

六、常见问题与解决方案

统计信息过期导致性能下降

  • 现象 :执行计划突然变差,AWR 报告提示 Top SQLTop SQL Text

  • 解决:手动收集相关表的统计信息:

    sql 复制代码
    EXEC DBMS_STATS.GATHER_TABLE_STATS('HR', 'EMPLOYEES');

直方图缺失或不准确

  • 现象:优化器未选择索引扫描,但实际数据分布适合索引。

  • 解决:强制生成直方图

    sql 复制代码
    EXEC DBMS_STATS.GATHER_TABLE_STATS(OPTIONS => 'GATHER AUTO', METHOD_OPT => 'FOR COLUMNS SAL SIZE 254');

分区表统计信息未同步

  • 现象:分区表的子分区统计信息未更新。

  • 解决:指定分区名称收集统计信息:

    sql 复制代码
    EXEC DBMS_STATS.GATHER_TABLE_STATS('HR', 'EMPLOYEES', partname => 'SALES_Q1');

七、高级功能

增量统计信息(Incremental Statistics)

针对分区表,自动合并子分区的统计信息到父分区:

sql 复制代码
ALTER TABLE employees SET STATISTICS LEVEL INCREMENTAL;

SQL Plan Management (SPM)

结合统计信息捕获和固定执行计划,防止计划回归:

sql 复制代码
-- 捕获当前执行计划
EXEC DBMS_SPM.LOAD_PLANS_FROM_CURSOR_CACHE(sql_id => 'abc123');

八、示例:完整维护流程

sql 复制代码
-- 1. 手动收集整个数据库的统计信息(并行度 8,自动采样)
BEGIN
  DBMS_STATS.GATHER_DATABASE_STATS(
    estimate_percent => DBMS_STATS.AUTO_SAMPLE_SIZE,
    degree           => 8,
    cascade          => TRUE
  );
END;
/

-- 2. 验证表统计信息
SELECT TABLE_NAME, NUM_ROWS, LAST_ANALYZED 
FROM USER_TABLES 
WHERE TABLE_NAME = 'EMPLOYEES';

-- 3. 为 SAL 列生成直方图
EXEC DBMS_STATS.GATHER_TABLE_STATS(
  ownname        => 'HR',
  tabname        => 'EMPLOYEES',
  method_opt     => 'FOR COLUMNS SAL SIZE 254'
);

-- 4. 锁定统计信息
EXEC DBMS_STATS.LOCK_TABLE_STATS('HR', 'EMPLOYEES');

九、总结

Oracle 统计信息是优化器高效工作的基石。通过合理配置自动收集、手动维护和监控策略,可以确保数据库始终基于最新、准确的统计信息生成最优执行计划。对于复杂场景(如分区表、高基数列),需结合直方图、增量统计信息等高级功能,进一步提升性能调优的精准度。

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