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Oracle中的Hash Join详解

原创 Linux操作系统 作者:tolywang 时间:2007-07-04 00:00:00 0 删除 编辑

一、 hash join概念
hash join(HJ)是一种用于equi-join(而anti-join就是使用NOT IN时的join)的技术。在Oracle中,它是从7.3开始引入的,
以代替sort-merge和nested-loop join方式,提高效率。在CBO(hash join只有在CBO才可能被使用到)模式下,优化器计算代价时,
首先会考虑hash join。
可以通过提示use_hash来强制使用hash join,也可以通过修改会话或数据库参数HASH_JOIN_ENABLED=FALSE(默认为TRUE)强
制不使用hash join。


Hash join的主要资源消耗在于CPU(在内存中创建临时的hash表,并进行hash计算),而merge join的资源消耗主要在于此盘IO
(扫描表或索引)。在并行系统中,hash join对CPU的消耗更加明显。所以在CPU紧张时,最好限制使用hash join。
在绝大多数情况下,hash join效率比其他join方式效率更高:
在Sort-Merge Join(SMJ),两张表的数据都需要先做排序,然后做merge。因此效率相对最差;
Nested-Loop Join(NL)效率比SMJ更高。特别是当驱动表的数据量很大(集的势高)时。这样可以并行扫描内表。
Hash join效率最高,因为只要对两张表扫描一次。

Hash join一般用于一张小表和一张大表进行join时。Hash join的过程大致如下(下面所说的内存就指sort area,关于过程,后
面会作详细讨论):
1. 一张小表被hash在内存中。因为数据量小,所以这张小表的大多数数据已经驻入在内存中,剩下的少量数据被放置在临时表空间中;
2. 每读取大表的一条记录,就和小表中内存中的数据进行比较,如果符合,则立即输出数据(也就是说没有读取临时表空间中的小表的数
据)。而如果大表的数据与小表中临时表空间的数据相符合,则不直接输出,而是也被存储临时表空间中。
3. 当大表的所有数据都读取完毕,将临时表空间中的数据以其输出。

如果小表的数据量足够小(小于hash area size),那所有数据就都在内存中了,可以避免对临时表空间的读写。

如果是并行环境下,前面中的第2步就变成如下了:
2. 每读取一条大表的记录,和内存中小表的数据比较,如果符合先做join,而不直接输出,直到整张大表数据读取完毕。如果内存足够,
Join好的数据就保存在内存中。否则,就保存在临时表空间中。
二、 Oracle中与hash join相关的参数
首先,要注意的是,hash join只有在CBO方式下才会被激活。在oracle中与hash join相关的参数主要有以下几个:
1. HASH_JOIN_ENABLED
这个参数是控制查询计划是否采用hash join的“总开关”。它可以在会话级和实例级被修改。默认为TRUE,既可以(不是一定,要看优
化器计算出来的代价)使用。如果设为FALSE,则禁止使用hash join。
2. HASH_AREA_SIZE
这个参数控制每个会话的hash内存空间有多大。它也可以在会话级和实例级被修改。默认(也是推荐)值是sort area空间大小的两倍
(2*SORT_AREA_SIZE)。要提高hash join的效率,就一定尽量保证sort area足够大,能容纳下整个小表的数据。但是因为每个会话都会
开辟一个这么大的内存空间作为hash内存,所以不能过大(一般不建议超过2M)。
在Oracle9i及以后版本中,Oracle不推荐在dedicated server中使用这个参数来设置hash内存,而是推荐通过设置
PGA_AGGRATE_TARGET参数来自动管理PGA内存。保留HASH_AREA_SIZE只是为了向后兼容。在dedicated server中,hash area是从
PGA中分配的,而在MTS(Multi-Threaded Server)中,hash area是从UGA中分配的。
另外,还要注意的是,每个会话并不一定只打开一个hash area,因为一个查询中可能不止一个hash join,这是就会相应同时打开多个
hash area。
3. HAHS_MULTIBLOCK_IO_COUNT
这个参数决定每次读入hash area的数据块数量。因此它会对IO性能产生影响。他只能在init.ora或spfile中修改。在8.0及之前版本,
它的默认值是1,在8i及以后版本,默认值是0。一般设置为1-(65536/DB_BLOCK_SIZE)。
在9i中,这个参数是一个隐藏参数:_HASH_MULTIBLOCK_IO_COUNT,可以通过表x$ksppi查询和修改。
另外,在MTS中,这个参数将不起作用(只会使用1)。
它的最大值受到OS的IO带宽和DB_BLOCK_SIZE的影响。既不能大于MAX_IO_SIZE/DB_BLOCK_SIZE。
在8i及以后版本,如果这个值设置为0,则表示在每次查询时,Oracle自己自动计算这个值。这个值对IO性能影响非常大,因此,建议不要
修改这个参数,使用默认值0,让Oracle自己去计算这个值。
如果一定要设置这个值,要保证以下不等式能成立:
R/M < Po2(M/C)
其中,R表示小表的大小;M=HASH_AREA_SIZE*0.9;Po2(n)为n的2次方;C=HASH_MULTIBLOCK_IO_COUNT*DB_BLOCK_SIZE。
三、 Hash join的过程
一次完整的hash join如下:
1. 计算小表的分区(bucket)数
决定hash join的一个重要因素是小表的分区(bucket)数。这个数字由hash_area_size、hash_multiblock_io_count和
db_block_size参数共同决定。Oracle会保留hash area的20%来存储分区的头信息、hash位图信息和hash表。因此,这个数字的计算公式是:
Bucket数=0.8*hash_area_size/(hash_multiblock_io_count*db_block_size)
2. Hash计算
读取小表数据(简称为R),并对每一条数据根据hash算法进行计算。Oracle采用两种hash算法进行计算,计算出能达到最快速度的hash值
(第一hash值和第二hash值)。而关于这些分区的全部hash值(第一hash值)就成为hash表。
3. 存放数据到hash内存中
将经过hash算法计算的数据,根据各个bucket的hash值(第一hash值)分别放入相应的bucket中。第二hash值就存放在各条记录中。
4. 创建hash位图
与此同时,也创建了一个关于这两个hash值映射关系的hash位图。
5. 超出内存大小部分被移到磁盘
如果hash area被占满,那最大一个分区就会被写到磁盘(临时表空间)上去。任何需要写入到磁盘分区上的记录都会导致磁盘分区被更新。这
样的话,就会严重影响性能,因此一定要尽量避免这种情况。
2-5一直持续到整个表的数据读取完毕。
6. 对分区排序
为了能充分利用内存,尽量存储更多的分区,Oracle会按照各个分区的大小将他们在内存中排序。
7. 读取大表数据,进行hash匹配
接下来就开始读取大表(简称S)中的数据。按顺序每读取一条记录,计算它的hash值,并检查是否与内存中的分区的hash值一致。如果是,返
回join数据。如果内存中的分区没有符合的,就将S中的数据写入到一个新的分区中,这个分区也采用与计算R一样的算法计算出hash值。也就是说这些
S中的数据产生的新的分区数应该和R的分区集的分区数一样。这些新的分区被存储在磁盘(临时表空间)上。
8. 完全大表全部数据的读取
一直按照7进行,直到大表中的所有数据的读取完毕。

9. 处理没有join的数据
这个时候就产生了一大堆join好的数据和从R和S中计算存储在磁盘上的分区。
10. 二次hash计算
从R和S的分区集中抽取出最小的一个分区,使用第二种hash函数计算出并在内存中创建hash表。采用第二种hash函数的原因是为了使数据分布
性更好。
11. 二次hash匹配
在从另一个数据源(与hash在内存的那个分区所属数据源不同的)中读取分区数据,与内存中的新hash表进行匹配。返回join数据。
12. 完成全部hash join
继续按照9-11处理剩余分区,直到全部处理完毕。

整个hash join就完成了。

四、 关于唯一健值的hash位图
这个位图包含了每个hash分区是否有有值的信息。它记录了有数据的分区的hash值。这个位图的最大作用就是,如果S表中的数据没有与内存中的
hash表匹配上,先查看这个位图,已决定是否将没有匹配的数据写入磁盘。那些不可能匹配到的数据(即位图上对应的分区没有数据)就不再写入磁盘。

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