oracle中的数据读取与查找

数据读取

首先数据块读入到Buffer Cache中，并将其放在LRU（Last Recently Used）链表的MRU（Most Recently Used）端，当需要再次访问该块时可以直接从buffer cache中读取，

如果有新的数据需要被读入Buffer Cache中，而Buffer Cache又没有足够的空闲空间，Oracle就根据LRU算法将LRU链表中LRU端的数据置换出去。当这些数据被再次访问到时，需要重新从磁盘读入。

当发生全表扫描（FullTable Scan）时，用户进程读取表的数据块，并将他们放在LRU链表的LRU端（和上面不同，不是放在MRU端）。这样做的目的是为了使全表扫描的数据尽快被移出。因为全表扫描一般发生的频率较低，并且全表扫描的数据块大部分在以后都不会被经常使用到。

而如果你希望全表扫描的数据能被cache住，使之在扫描时放在MRU端，可以通过在创建或修改表（或簇）时，指定CACHE参数。

逻辑读是指从buffercache中读取数据块。可以分为即时读（Current Read）和一致性读（Consistent Read）。注意：逻辑IO只有逻辑读，没有逻辑写。

·                 即时读

即时读即读取数据块当前的最新数据。任何时候在Buffer Cache中都只有一份当前数据块。即时读通常发生在对数据进行修改、删除操作时。这时，进程会给数据加上行级锁，并且标识数据为“脏”数据。

·                 一致性读

Oracle是一个多用户系统。当一个会话开始读取数据还未结束读取之前，可能会有其他会话修改它将要读取的数据。如果会话读取到修改后的数据，就会造成数据的不一致。一致性读就是为了保证数据的一致性。在Buffer Cache中的数据块上都会有最后一次修改数据块时的SCN。如果一个事务需要修改数据块中数据，会先在回滚段中保存一份修改前数据和SCN的数据块，然后再更新Buffer Cache中的数据块的数据及其SCN，并标识其为“脏”数据。当其他进程读取数据块时，会先比较数据块上的SCN和自己的SCN。如果数据块上的SCN小于等于进程本身的SCN，则直接读取数据块上的数据；如果数据块上的SCN大于进程本身的SCN，则会从回滚段中找出修改前的数据块读取数据。通常，普通查询都是一致性读。

查找数据

在一个查询操作中，大量的读操作都产生于数据的查找过程中。减少查找过程是我们优化IO性能问题的重要目标。

下面介绍几种主要的数据查找方式。

·                 Full Table Scan

当查询条件无法命中任何索引、或者扫描索引的代价大于全表扫描代价的某一比例时(由参数optimizer_index_cost_adj设定)，Oracle会采用全表扫描的方式查找数据。当发生全表扫描时，Oracle会自下向上一次读取一定数量（由参数db_file_multiblock_read_count设定）的数据块，一直读取到高水位标志（HWM，High Water Mark）下。Full Table Scan会引起db file scattered read事件。

·                 INDEX UNIQUE SCAN

全表扫描查找数据的效率是非常低的。而索引能大幅提高查找效率。普通索引的数据结构是B-Tree，树的叶子节点中包含数据的ROWID，指向数据记录，同时还有指针指向前一个/后一个叶子节点。索引扫描每次读取一个数据块，索引扫描是“连续的”（Sequential）。当索引为UNIQUE索引时，每个叶子节点只会指向一条数据。如果Oracle能预知扫描结果只有0或1条记录时，会采用INDEX UNIQUE SCAN。当对Unique Index中的所有字段进行完全匹配时，会发生INDEX UNIQUE SCAN。

INDEX UNIQUE SCAN的查找过程如下：

1.              从数的根节点数据块开始查找；

2.              查找根节点块中所有key值中大于或等于要查找的值的最小key值；

3.              如果key值大于查找值，则继续查找这个key值之前一个key值所指向的子节点数据块；

4.              如果key值等于查找值，则继续查找这个key值所指向的子节点数据块；

5.              如果没有key值大于或等于查找值，则继续查找最大key值所指向的子节点数据块；

6.              如果继续查找的节点数据块是数一个分支节点，则重复2~4步；

7.              如果查找的节点是叶子节点数据块，则在数据块中查找等于查找值的key值；

8.              如果找到相等的key值，则返回数据和ROWID；

9.              如果没找到相等的key值，则说明没有符合条件的数据，返回NULL。

·                 INDEX RANGE SCAN

如果通过索引查找数据时，Oracle认为会返回数据可能会大于1，会进行INDEX RANGE SCAN，例如Unique Index中字段不完全匹配查找时、非Unique Index查找时。

INDEX RANGE SCAN分为闭包（有前后查找边界）和非闭包（只有一边或者没有边界）。返回数据会依据索引增序排序，多个相同值则会按照ROWID的增序排序。以下的查找条件都是闭包的：

WHERE column = 'Value'

WHERE column like 'value%'

WHERE column between 'value1' and 'value2'

WHERE column in ('value1', 'value2')

以下查找条件非闭包：

WHERE column < 'value1'

WHERE column > 'value2'

闭包条件下的INDEX RANGE SCAN的查找过程如下：

1.              从数的根节点数据块开始查找；

2.              查找根节点块中所有key值中大于或等于要查找的起始值的最小key值；

3.              如果key值大于起始值，则继续查找这个key值之前一个key值所指向的子节点数据块；

4.              如果key值等于起始值，则继续查找这个key值所指向的子节点数据块；

5.              如果没有key值大于或等于起始值，则继续查找最大key值所指向的子节点数据块；

6.              如果继续查找的节点数据块是数一个分支节点，则重复2~4步；

7.              如果查找的节点是叶子节点数据块，则在数据块中大于或等于要查找的起始值的最小key值；

8.              如果Key值小于或等于结束值，则：如果所有Key字段都符合WHERE字句中的查找条件，则返回数据和ROWID；否则继续查找当前叶子节点所指向的右边的叶子节点。

INDEX UNIQUE SCAN和INDEX RANGE SCAN都会引起db file sequential read事件。

·                 TABLE ACCESS BY INDEXROWID

当发生索引扫描时，如果需要返回的字段都在索引上，则直接返回索引上的数据，而如果还需要返回非索引上的字段的值，Oracle则需要根据从索引上查找的ROWID到对应的数据块上取回数据，这时就是TABLE ACCESS BY INDEX ROWID。

·                 INDEX FAST FULL SCAN& INDEX FULL SCAN

索引快速全扫描和全表扫描类似，一次读取db_file_multiblock_read_count个数据块来描所有索引的叶子节点。INDEX FAST FULLSCAN和其他索引扫描不同，它不会从树的根节点开始读取，而是直接扫描所有叶子节点；也不会一次读取一个数据块，而是一次读取db_file_multiblock_read_count个数据块。INDEX FAST FULLSCAN会引起db filescattered read事件。

在某些情况下，如db_file_multiblock_read_count值过小、强制使用索引扫描时，会发生INDEX FULL SCAN。INDEX FULL SCAN和INDEX FAST FULL SCAN不同，它是一种索引扫描，按照B-Tree的查找法从树的根节点开始扫描，遍历整棵树，并且一次读取一个数据块。它会引起db file sequential read事件。

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