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直方圖使用技巧及analyzetable操作對直方圖統計的影響

原文：http://www.cnblogs.com/yumiko/p/6060485.html

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前言

  • 針對索引列，尤其是存在嚴重數據傾斜的索引列，直方圖的統計信息，對于CBO優化器更準確地選擇執行計劃至關重要。
  • 對于初心者，可以從這篇文章中，了解到直方圖對于索引列的價值、作用，以及使用技巧。
  • 對于經驗者，同樣可以從文章中，了解到不同的analyze table操作，對于直方圖信息統計的影響。該部分也可以直接查閱本篇文章最后的總結篇。
  • 先強調一句：analyze table table_name compute statistics這個操作要謹慎！

1、直方圖概述

  • 直方圖作為一種計量數據分布的統計工具，并非ORACLE專有。
  • 對于ORACLE而言，直方圖主要用于在分析表以及索引時，統計相關列上的數據，記錄該列整體的數據分布情況。

2、直方圖的分類

  • ORACLE的直方圖主要有兩種，等頻直方圖以及等高直方圖
  • 默認情況下，當列上的唯一值數量低于254個，ORACLE會建立等頻直方圖。
  • 默認情況下，當列上的唯一值數量高于254個，ORACLE會建立等高直方圖。
  • 可以在執行dbms_stats.gather_table_stats收集統計信息時，通過method_opt參數，設置SIZE低于目標列的唯一值數量，從而使用等高直方圖。

3、直方圖的優勢

對于ORACLE而言，CBO優化器可以根據直方圖收集的列值分布信息，讓選擇性高（返回數據行比例少）的列值使用索引，而選擇性低（返回數據行比例多）的列值不使用索引。尤其對于存在數據傾斜嚴重的列而言，直方圖很重要。

注：數據傾斜，主要指某列上的一個數值，相較于該列其他數值，出現比例高，如：“性別”列，“男性”占到該列整體數值（男性、女性）的80%，存在明顯的數據傾斜現象。

4、直方圖適用范圍 

一般而言，直方圖不受是否使用索引的限制，即可以用來統計索引列，也可以統計非索引列。但對于非索引列的統計，意義不大。

5、直方圖涉及的主要視圖

直方圖類型的視圖：DBA_TAB_COL_STATISTICS，USER_TAB_COL_STATISTICS，ALL_TAB_COL_STATISTICS

直方圖具體信息的視圖：DBA_TAB_HISTOGRAMS，USER_TAB_HISTOGRAMS，ALL_TAB_HISTOGRAMS

6、直方圖對于執行計劃選擇影響的示例說明

本示例中使用的數據庫版本為ORACLE 11.2.0.4。


首先，準備一張測試表TEST，其中OWNER列存在嚴重的數據傾斜，具體如下。
 Yumiko_sunny@OA01> select distinct owner ,count(*) as col_rows,
 (select count(*) from test) as tab_rows,
 to_char(round(count(*)/(select count(*) from test)*100,2),'90.99')||'%'
 as data_ratio
 from test group by owner;

 OWNER             COL_ROWS   TAB_ROWS  DATA_RATIO
 -------------------- --------------- ---------------- ----------
 HR                    476             535164         0.09%
 OE                    1988           535164         0.37%
 ORDDATA          3598           535164         0.67%
 SCOTT               98              535164         0.02%
 SYS                   529004       535164         98.85%

從上圖中可以看到，該列的SYS值分布占到了整體的98%，表明存在嚴重的傾斜。

為OWNER列創建索引，并使用ANALYZE TABLE的方法收集統計信息。

--收集統計信息
Yumiko_sunny@OA01> analyze table test compute statistics;
Table analyzed.

--驗證最后的統計收集的時間
Yumiko_sunny@OA01> select table_name,
 to_char(LAST_ANALYZED,'YYYY-MM-DD HH24:MI:SS') LAST_ANALYZED 
 from dba_tables where TABLE_NAME='TEST';

TABLE_NAME                     LAST_ANALYZED
------------------------------ -------------------
TEST                           2016-11-13 21:23:19

--查看直方圖的統計情況
Yumiko_sunny@OA01>  select column_name,histogram from dba_tab_col_statistics where table_name='TEST';

COLUMN_NAME          HISTOGRAM
-------------------- ---------------
OWNER                NONE
OBJECT_NAME          NONE
SUBOBJECT_NAME       NONE
OBJECT_ID            NONE
DATA_OBJECT_ID       NONE
OBJECT_TYPE          NONE
CREATED              NONE
LAST_DDL_TIME        NONE
TIMESTAMP            NONE
STATUS               NONE
TEMPORARY            NONE

COLUMN_NAME          HISTOGRAM
-------------------- ---------------
GENERATED            NONE
SECONDARY            NONE
NAMESPACE            NONE
EDITION_NAME         NONE
在上面的方法中，雖然通過analyze table table_name compute statistics的方法，收集了表的統計信息，但并未收集直方圖的信息。

這里先忽略，后面可以對比for all columns子句的情況再看下。

查看此時索引列執行計劃的選擇情況，這里以傾斜數據SYS為條件進行檢索。

Yumiko_sunny@OA01> select * from test where owner='SYS';
rows selected.

Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 3856466897
----------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name     | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
----------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT            |          |   107K|    10M|  1799   (1)| 00:00:22 |
|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| TEST     |   107K|    10M|  1799   (1)| 00:00:22 |
|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | IND_TEST |   107K|       |   228   (1)| 00:00:03 |
----------------------------------------------------------------------------------------
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
- access("OWNER"='SYS')

從上面返回的結果看，529K行的SYS數據，僅僅返回107K行，顯然存在很大的誤差。

此外，對于數據傾斜達到98%的SYS而言，顯然全表掃描的效率應該更高，這里應該與錯誤的統計信息有關。

使用dbms_stats.gather_table_stats的方式再次收集表的統計信息。

Yumiko_sunny@OA01> exec dbms_stats.gather_table_stats('SCOTT','TEST',cascade=>true);
PL/SQL procedure successfully completed.

Yumiko_sunny@OA01> select table_name,
 to_char(LAST_ANALYZED,'YYYY-MM-DD HH24:MI:SS') LAST_ANALYZED 
 from dba_tables where TABLE_NAME='TEST';

TABLE_NAME                     LAST_ANALYZED
------------------------------ -------------------
TEST                           2016-11-13 21:50:01

Yumiko_sunny@OA01>  select column_name,histogram from dba_tab_col_statistics where table_name='TEST';

COLUMN_NAME          HISTOGRAM
-------------------- ---------------
OWNER                FREQUENCY
OBJECT_NAME          NONE
SUBOBJECT_NAME       NONE
OBJECT_ID            NONE
DATA_OBJECT_ID       NONE
OBJECT_TYPE          NONE
CREATED              NONE
LAST_DDL_TIME        NONE
TIMESTAMP            NONE
STATUS               NONE
TEMPORARY            NONE

COLUMN_NAME          HISTOGRAM
-------------------- ---------------
GENERATED            NONE
SECONDARY            NONE
NAMESPACE            NONE
EDITION_NAME         NONE

從上圖可以看到，此時完成了對表的最新統計，同時收集了索引列的直方圖信息，且該直方圖為”等頻直方圖“。

再次查看此時索引列的執行計劃選擇情況，這里分別以選擇性差的傾斜數據SYS為條件，以及以選擇性好的SCOTT為條件分別進行檢索。

--以SYS為條件進行查詢
Yumiko_sunny@OA01> select * from test where owner='SYS';
rows selected.

Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 1357081020
--------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation         | Name | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
--------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT  |      |   530K|    49M|  2098   (1)| 00:00:26 |
|*  1 |  TABLE ACCESS FULL| TEST |   530K|    49M|  2098   (1)| 00:00:26 |
--------------------------------------------------------------------------
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
- filter("OWNER"='SYS')

--以SCOTT為條件進行查詢
Yumiko_sunny@OA01> select * from test where owner='SCOTT';
rows selected.

Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 3856466897
----------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name     | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
----------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT            |          |    98 |  9506 |     5   (0)| 00:00:01 |
|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| TEST     |    98 |  9506 |     5   (0)| 00:00:01 |
|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | IND_TEST |    98 |       |     3   (0)| 00:00:01 |
----------------------------------------------------------------------------------------
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
- access("OWNER"='SCOTT')

如之前所說，通過直方圖收集準確的數據分布信息，

對于選擇性差的SYS值，CBO優化器采用了全表掃描的方式進行數據的訪問

對于選擇性好的SCOTT值，CBO優化器則采用了索引掃描的方式進行數據的訪問

如果采用索引的方式訪問SYS相關的數據行，真實的代價會是怎樣呢，這里，通過hint的方式進行一次索引掃描的訪問

Yumiko_sunny@OA01> select /*+index(test,ind_test) */* from test where owner='SYS';
rows selected.

Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 3856466897
----------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name     | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
----------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT            |          |   529K|    49M|  8885   (1)| 00:01:47 |
|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| TEST     |   529K|    49M|  8885   (1)| 00:01:47 |
|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | IND_TEST |   529K|       |  1115   (1)| 00:00:14 |
----------------------------------------------------------------------------------------
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
- access("OWNER"='SYS')

從上圖中可以看到，在信息收集無誤的情況下，若采用索引掃描，其真實開銷是全表掃描的4倍。

通過上面這個執行計劃，也說明了，對于CBO優化器，準確無誤的統計信息對于執行計劃選擇的重要性。

通過DBA_TAB_HISTOGRAMS視圖，查看此時直方圖的詳細信息

Yumiko_sunny@OA01> select TABLE_NAME,COLUMN_NAME,ENDPOINT_NUMBER,
 to_char(ENDPOINT_VALUE,'999999999999999999999999999999999999')
 as ENDPOINT_VALUE,ENDPOINT_ACTUAL_VALUE
 from DBA_TAB_HISTOGRAMS
  where TABLE_NAME='TEST' and COLUMN_NAME='OWNER';

TABLE_NAME  COLUMN_NAME  ENDPOINT_NUMBER ENDPOINT_VALUE             ENDPOINT_ACTUAL_VALU
----------------------------------------------------------------------------------------
TEST        OWNER                     19 41159093808690300000000000
TEST        OWNER                     61 41186001805076000000000000
TEST        OWNER                     62 43232584582496500000000000
TEST        OWNER                      5 37550853140200700000000000
TEST        OWNER                   5518 43277234965060400000000000

可以看到，雖然ENDPOINT_VALUE收集到了唯OWNER列唯一值的hash值，但真實列ENDPOINT_ACTUAL_VALUE顯示為空。

后面對比analyze table for all columns操作后再看。

刪除SYS值相關的數據行，觀察直方圖統計的變化

Yumiko_sunny@OA01> delete from test where owner='SYS';
rows deleted.

Yumiko_sunny@OA01> commit;
Commit complete.

Yumiko_sunny@OA01> select TABLE_NAME,COLUMN_NAME,ENDPOINT_NUMBER,
 to_char(ENDPOINT_VALUE,'999999999999999999999999999999999999')
 as ENDPOINT_VALUE,ENDPOINT_ACTUAL_VALUE
 from DBA_TAB_HISTOGRAMS
  where TABLE_NAME='TEST' and COLUMN_NAME='OWNER';
TABLE_NAME  COLUMN_NAME  ENDPOINT_NUMBER ENDPOINT_VALUE             ENDPOINT_ACTUAL_VALU
----------------------------------------------------------------------------------------
TEST        OWNER                     19 41159093808690300000000000
TEST        OWNER                     61 41186001805076000000000000
TEST        OWNER                     62 43232584582496500000000000
TEST        OWNER                      5 37550853140200700000000000
TEST        OWNER                   5518 43277234965060400000000000

可以看到，對表數據的DML操作，直方圖信息并未自動更改。

再次使用dbms_stats.gather_table_stats收集統計信息，此時直方圖得到了更新，如下圖：

Yumiko_sunny@OA01> exec dbms_stats.gather_table_stats('SCOTT','TEST',cascade=>true);
PL/SQL procedure successfully completed.

Yumiko_sunny@OA01> select TABLE_NAME,COLUMN_NAME,ENDPOINT_NUMBER,
 to_char(ENDPOINT_VALUE,'999999999999999999999999999999999999')
 as ENDPOINT_VALUE,ENDPOINT_ACTUAL_VALUE
 from DBA_TAB_HISTOGRAMS
  where TABLE_NAME='TEST' and COLUMN_NAME='OWNER';
TABLE_NAME  COLUMN_NAME  ENDPOINT_NUMBER ENDPOINT_VALUE              ENDPOINT_ACTUAL_VALU
-------------------- ---------------------------- ---------------------------------------
TEST        OWNER                    476  37550853140200700000000000 
TEST        OWNER                   2464  41159093808690300000000000 
TEST        OWNER                   6062  41186001805076000000000000 
TEST        OWNER                   6160  43232584582496500000000000

上述說明了，對于直方圖的信息，需要定期進行收集工作。

7、ANALYZE TABLE操作對直方圖統計影響的示例說明

本示例承接上面示例內容，數據庫版本一致。

在上面內容中，已經演示了analyze table table_name compute statistics無法針對表進行直方圖的信息收集。

那么，對于已存在直方圖的表，該操作又會有何影響呢。

首先，承接上面內容，再次執行analyze table table_name compute statistics的操作，觀察直方圖信息的變化。

Yumiko_sunny@OA01> analyze table test compute statistics;
Table analyzed.

Yumiko_sunny@OA01> select column_name,histogram from dba_tab_col_statistics where table_name='TEST';

COLUMN_NAME          HISTOGRAM
-------------------- ---------------
OWNER                NONE
OBJECT_NAME          NONE
SUBOBJECT_NAME       NONE
OBJECT_ID            NONE
DATA_OBJECT_ID       NONE
OBJECT_TYPE          NONE
CREATED              NONE
LAST_DDL_TIME        NONE
TIMESTAMP            NONE
STATUS               NONE
TEMPORARY            NONE

COLUMN_NAME          HISTOGRAM
-------------------- ---------------
GENERATED            NONE
SECONDARY            NONE
NAMESPACE            NONE
EDITION_NAME         NONE

可以明顯的發現，OWNER列的直方圖信息消失了，說明該操作會刪除已存在的直方圖信息。

如果這是一個生產環境，對于這樣一張存在數據傾斜列的表，可能會帶來不可預估的影響。

對于analyze table table_name compute statistics for all indexes的操作，這里不再演示，會在下面的總結中，直接給出對直方圖影響的結論。

下面看一下analyze table table_name compute statistics for all indexes for all columns操作的影響。

Yumiko_sunny@OA01> analyze table test compute statistics for all indexes for all columns;
Table analyzed.

Yumiko_sunny@OA01> select column_name,histogram from dba_tab_col_statistics where table_name='TEST';

COLUMN_NAME          HISTOGRAM
-------------------- ---------------
OWNER                FREQUENCY
OBJECT_NAME          HEIGHT BALANCED
SUBOBJECT_NAME       NONE
OBJECT_ID            HEIGHT BALANCED
DATA_OBJECT_ID       HEIGHT BALANCED
OBJECT_TYPE          FREQUENCY
CREATED              FREQUENCY
LAST_DDL_TIME        FREQUENCY
TIMESTAMP            FREQUENCY
STATUS               FREQUENCY
TEMPORARY            FREQUENCY

COLUMN_NAME          HISTOGRAM
-------------------- ---------------
GENERATED            FREQUENCY
SECONDARY            FREQUENCY
NAMESPACE            FREQUENCY
EDITION_NAME         NONE

從上面可以看到，當執行for all columns子句的時候，不但收集了索引列的直方圖信息，還收集了非索引列的直方圖信息。

再看下此時DBA_TAB_HISTOGRAMS視圖的詳細信息

Yumiko_sunny@OA01> select TABLE_NAME,COLUMN_NAME,ENDPOINT_NUMBER,
 to_char(ENDPOINT_VALUE,'999999999999999999999999999999999999')
 as ENDPOINT_VALUE,ENDPOINT_ACTUAL_VALUE
 from DBA_TAB_HISTOGRAMS
 where TABLE_NAME='TEST' and COLUMN_NAME='OWNER';

TABLE_NAME  COLUMN_NAME  ENDPOINT_NUMBER ENDPOINT_VALUE              ENDPOINT_ACTUAL_VALU
-------------------- ---------------------------- ---------------------------------------
TEST        OWNER                    476  37550853140200700000000000 HR
TEST        OWNER                   2464  41159093808690300000000000 OE
TEST        OWNER                   6062  41186001805076000000000000 ORDDATA
TEST        OWNER                   6160  43232584582496500000000000 SCOTT

可以看到，此時可以看見DBA_TAB_HISTOGRAMS視圖上，ENDPOINT_ACTUAL_VALUE列真實值的信息。

8、總結

  • 直方圖可以為CBO優化器提供準確的數據分布參考，以便選擇正確的執行計劃。

  • 默認情況下，使用dbms_stats.gather_table_stats得到的直方圖信息，只會收集索引列的直方圖信息。
  • 默認情況下，使用dbms_stats.gather_table_stats得到的直方圖信息，無法在DBA_TAB_HISTOGRAMS視圖中看到真實值，但不影響CBO優化器的選擇。

  • 使用analyze table table_name compute statistics進行統計分析，對于尚未存在直方圖信息的表，不會收集直方圖信息。
  • 使用analyze table table_name compute statistics進行統計分析，對于已經存在直方圖信息的表，會刪除之前的直方圖信息。

  • 使用analyze table table_name compute statistics for all indexes進行統計分析，對于尚未存在直方圖信息的表，不會收集直方圖信息。
  • 使用analyze table table_name compute statistics for all indexes進行統計分析，對于已經存在直方圖信息的表，不會刪除之前的直方圖信息。

  • 使用analyze table table_name compute statistics for all indexes for all columns進行統計分析，對于尚未存在直方圖信息的表，會收集直方圖信息，且包括索引列以及非索引列。
  • 使用analyze table table_name compute statistics for all indexes for all columns進行統計分析，對于已經存在直方圖信息的表，會收集最新的直方圖信息。

最后一點，起碼從直方圖的收集情況看：analyze table table_name compute statistics并不等價于analyze table table_name compute statistics for all indexes for all columns

謹慎使用analyze table table_name compute statistics這個操作。

重要的事情說三遍！！！

新聞標題：直方圖使用技巧及analyzetable操作對直方圖統計的影響
文章路徑：http://m.2m8n56k.cn/article18/ijccdp.html

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