性能优化之数据库优化

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本文为性能优化的第一篇——数据库性能优化，原理适用于大部分数据库包括Sqlite、Mysql、Oracle、Sql server，详细介绍了索引(优缺点、分类、场景、规则)和事务，最后介绍了部分单独针对Sqlite的优化。

性能优化专题已完成五部分：

性能优化总纲——性能问题及性能调优方式
性能优化第三篇——Java(Android)代码优化
性能优化第二篇——布局优化
性能优化第一篇——数据库性能优化

性能优化实例 
1、索引
简单的说，索引就像书本的目录，目录可以快速找到所在页数，数据库中索引可以帮助快速找到数据，而不用全表扫描，合适的索引可以大大提高数据库查询的效率。
(1). 优点
大大加快了数据库检索的速度，包括对单表查询、连表查询、分组查询、排序查询。经常是一到两个数量级的性能提升，且随着数据数量级增长。

(2). 缺点
索引的创建和维护存在消耗，索引会占用物理空间，且随着数据量的增加而增加。
在对数据库进行增删改时需要维护索引，所以会对增删改的性能存在影响。

(3). 分类
a. 直接创建索引和间接创建索引
直接创建: 使用sql语句创建，Android中可以在SQLiteOpenHelper的onCreate或是onUpgrade中直接excuSql创建语句，语句如

CREATE INDEX mycolumn_index ON mytable (myclumn)

间接创建: 定义主键约束或者唯一性键约束，可以间接创建索引，主键默认为唯一索引。

b. 普通索引和唯一性索引
普通索引：

CREATE INDEX mycolumn_index ON mytable (myclumn)

唯一性索引：保证在索引列中的全部数据是唯一的，对聚簇索引和非聚簇索引都可以使用，语句为

CREATE UNIQUE COUSTERED INDEX myclumn_cindex ON mytable(mycolumn)

c. 单个索引和复合索引

单个索引：索引建立语句中仅包含单个字段，如上面的普通索引和唯一性索引创建示例。
复合索引：又叫组合索引，在索引建立语句中同时包含多个字段，语句如：

CREATE INDEX name_index ON username(firstname, lastname)

其中firstname为前导列。

d. 聚簇索引和非聚簇索引(聚集索引，群集索引)
聚簇索引：物理索引，与基表的物理顺序相同，数据值的顺序总是按照顺序排列，语句为：

CREATE CLUSTERED INDEX mycolumn_cindex ON mytable(mycolumn) WITH ALLOW_DUP_ROW

其中WITH ALLOW_DUP_ROW表示允许有重复记录的聚簇索引

非聚簇索引：

CREATE UNCLUSTERED INDEX mycolumn_cindex ON mytable(mycolumn)

索引默认为非聚簇索引

(4). 使用场景
在上面讲到了优缺点，那么肯定会对何时使用索引既有点明白又有点糊涂吧，那么下面总结下：
a.  当某字段数据更新频率较低，查询频率较高，经常有范围查询(>, <, =, >=, <=)或order by、group by发生时建议使用索引。并且选择度越大，建索引越有优势，这里选择度指一个字段中唯一值的数量/总的数量。
b.  经常同时存取多列，且每列都含有重复值可考虑建立复合索引

(5). 索引使用规则
a.  对于复合索引，把使用最频繁的列做为前导列(索引中第一个字段)。如果查询时前导列不在查询条件中则该复合索引不会被使用。
如create unique index PK_GRADE_CLASS on student (grade, class)
select * from student where class = 2未使用到索引
select * from dept where grade = 3使用到了索引

b.  避免对索引列进行计算，对where子句列的任何计算如果不能被编译优化，都会导致查询时索引失效
select * from student where tochar(grade)=’2′
c.  比较值避免使用NULL
d.  多表查询时要注意是选择合适的表做为内表。连接条件要充份考虑带有索引的表、行数多的表，内外表的选择可由公式：外层表中的匹配行数*内层表中每一次查找的次数确定，乘积最小为最佳方案。实际多表操作在被实际执行前，查询优化器会根据连接条件，列出几组可能的连接方案并从中找出系统开销最小的最佳方案。

e.  查询列与索引列次序一致
f.  用多表连接代替EXISTS子句
g.  把过滤记录数最多的条件放在最前面
h.  善于使用存储过程，它使sql变得更加灵活和高效(Sqlite不支持存储过程::>_<:: )

(6)索引检验

建立了索引，对于某条sql语句是否使用到了索引可以通过执行计划查看是否用到了索引。

2、使用事务
使用事务的两大好处是原子提交和更优性能。
(1) 原子提交
原则提交意味着同一事务内的所有修改要么都完成要么都不做，如果某个修改失败，会自动回滚使得所有修改不生效。

(2) 更优性能
Sqlite默认会为每个插入、更新操作创建一个事务，并且在每次插入、更新后立即提交。

这样如果连续插入100次数据实际是创建事务->执行语句->提交这个过程被重复执行了100次。如果我们显示的创建事务->执行100条语句->提交会使得这个创建事务和提交这个过程只做一次，通过这种一次性事务可以使得性能大幅提升。尤其当数据库位于sd卡时，时间上能节省两个数量级左右。

Sqlte显示使用事务，示例代码如下：

public void insertWithOneTransaction() {
    SQLiteDatabase db = sqliteOpenHelper.getWritableDatabase();
    // Begins a transaction
    db.beginTransaction();
    try {
        // your sqls
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            db.insert(yourTableName, null, value);
        }

        // marks the current transaction as successful
        db.setTransactionSuccessful();
    } catch (Exception e) {
        // process it
        e.printStackTrace();
    } finally {
        // end a transaction
        db.endTransaction();
    }
}

其中sqliteOpenHelper.getWritableDatabase()表示得到写表权限。

3、其他优化
(1) 语句的拼接使用StringBuilder代替String
这个就不多说了，简单的string相加会导致创建多个临时对象消耗性能。StringBuilder的空间预分配性能好得多。如果你对字符串的长度有大致了解，如100字符左右，可以直接new StringBuilder(128)指定初始大小，减少空间不够时的再次分配。

(2) 读写表

在写表时调用sqliteOpenHelper..getWritableDatabase()，在读表时候调用sqliteOpenHelper..getReadableDatabase()，getReadableDatabase性能更优。

(3) 查询时返回更少的结果集及更少的字段。
查询时只取需要的字段和结果集，更多的结果集会消耗更多的时间及内存，更多的字段会导致更多的内存消耗。

(4) 少用cursor.getColumnIndex

根据性能调优过程中的观察cursor.getColumnIndex的时间消耗跟cursor.getInt相差无几。可以在建表的时候用static变量记住某列的index，直接调用相应index而不是每次查询。

public static final String       HTTP_RESPONSE_TABLE_ID                  = android.provider.BaseColumns._ID;
public static final String       HTTP_RESPONSE_TABLE_RESPONSE            = "response";
public List<Object> getData() {
    ……
    cursor.getString(cursor.getColumnIndex(HTTP_RESPONSE_TABLE_RESPONSE));
    ……
}

优化为

public static final String       HTTP_RESPONSE_TABLE_ID                  = android.provider.BaseColumns._ID;
public static final String       HTTP_RESPONSE_TABLE_RESPONSE            = "response";
public static final int          HTTP_RESPONSE_TABLE_ID_INDEX            = 0;
public static final int          HTTP_RESPONSE_TABLE_URL_INDEX           = 1;
public List<Object> getData() {
    ……
    cursor.getString(HTTP_RESPONSE_TABLE_RESPONSE_INDEX);
    ……
}

 

4、异步线程
Sqlite是常用于嵌入式开发中的关系型数据库，完全开源。
与Web常用的数据库Mysql、Oracle db、sql server不同，Sqlite是一个内嵌式的数据库，数据库服务器就在你的程序中，无需网络配置和管理，数据库服务器端和客户端运行在同一进程内，减少了网络访问的消耗，简化了数据库管理。不过Sqlite在并发、数据库大小、网络方面存在局限性，并且为表级锁，所以也没必要多线程操作。

Android中数据不多时表查询可能耗时不多，不会导致anr，不过大于100ms时同样会让用户感觉到延时和卡顿，可以放在线程中运行，但sqlite在并发方面存在局限，多线程控制较麻烦，这时候可使用单线程池，在任务中执行db操作，通过handler返回结果和ui线程交互，既不会影响UI线程，同时也能防止并发带来的异常。实例代码如下：

ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
singleThreadExecutor.execute(new Runnable() {

    @Override
    public void run() {
        // db operetions, u can use handler to send message after
        db.insert(yourTableName, null, value);
        handler.sendEmptyMessage(xx);
    }
});

 

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