ORACLE中Scalar subquery Caching的hash table大小测试浅析

 

前阵子总结了这篇“ORACLE当中自定义函数性优化浅析”博客，里面介绍了标量子查询缓存（scalar subquery caching），如果使用标量子查询缓存，ORACLE会将子查询结果缓存在哈希表中，如果后续的记录出现同样的值，优化器通过缓存在哈希表中的值，判断重复值不用重复调用函数，直接使用上次计算结果即可。从而减少调用函数次数，从而达到优化性能的效果。另外在ORACLE 10和11中， 哈希表只包含了255个Buckets，也就是说它能存储255个不同值，如果超过这个范围，就会出现散列冲突。 更多详细新可以参考我那篇博客

当然，哈希表只包含了255个Buckets是怎么来的呢？这个是Tom大神推算而来，我也没有测试过，后面网友lfree反馈他的测试结果跟这个结果不同。他反馈在ORACLE 10g下,测试结果实际上是512， ORACLE 11g为1024。由于前阵子比较忙，拖延症犯了，另外也跟他缺少沟通，不过有个志同道合的人讨论感兴趣的技术话题是一件幸事。最近有时间，看完了他的关于这个问题的多篇文章，学到了不少东西，也咨询了一下他一下具体细节，具体测试了一下，感觉他的测试方法有点复杂，部分结论过早给出定论了! 但是自己也没有一个合理的测试验证方法。遂啃了一下Tom大神的On Caching and Evangelizing SQL这篇雄文。在这里结合自己的理解，重新演示一下，下面测试环境为Oracle 11g，关于Hash Table,估计有些人会比较懵，借用Tom大神的述说：

You cannot 'see' the hash table anywhere, it is an internal data structure that lives in your session memory for the duration of the query. Once the query is finished - it goes away.

It is a cache associated with your query - nothing more, nothing less.

You can "see" it in action by measuring how many times your function is called, for example:

首先，创建这个自定义函数，这个函数是用来验证哈希表大小的关键所在（确实是一个构造很巧妙，而且又简单的函数。大神真不是盖的）。如果对函数dbms_application_info.set_client_info不了解的，自行搜索、学习这个知识点！

create or replace function f( x in varchar2 ) return number

as

begin

        dbms_application_info.set_client_info(userenv('client_info')+1 );

        return length(x);

end

然后创建测试表，插入测试数据。然后就可以开始我们的测试，

CREATE TABLE TEST(ID NUMBER);

INSERT INTO TEST

SELECT 1 FROM DUAL UNION ALL

SELECT 1 FROM DUAL UNION ALL

SELECT 1 FROM DUAL UNION ALL

SELECT 2 FROM DUAL UNION ALL

SELECT 2 FROM DUAL UNION ALL

SELECT 2 FROM DUAL UNION ALL

SELECT 3 FROM DUAL UNION ALL

SELECT 3 FROM DUAL;

COMMIT;

准备好上述测试环境，我们就可以用下面脚本来测试、验证标量函数被调用了多少次（注意下面这段脚本会被多次使用，下面测试部分会多次使用，后续可能直接称呼其为test.sql,而不会每次贴出这段脚本）

variable cpu number;

begin

   :cpu := dbms_utility.get_cpu_time; 

      dbms_application_info.set_client_info(0);

end;

/  

select id,(select f(id) from dual) as client_info from test;

select dbms_utility.get_cpu_time- :cpu cpu_hsecs, 

             userenv('client_info') 

from dual;

我们可以看到测试结果userenv('client_info')的值为3， 这意味着标量函数被递归调用了3次（如果不理解的话，多补一下基础知识）

如果你对这种方式存在质疑的话，也可以使用10046 trace找到SQL的真实执行计划。具体SQL如下所

alter session set events '10046 trace name context  forever,level 12'; 

select id,(select f(id) from dual) as client_info from test;

alter session set events '10046 trace name context off';  

SELECT T.value 

       || '/' 

       || Lower(Rtrim(I.INSTANCE, Chr(0))) 

       || '_ora_' 

       || P.spid 

       || '.trc' TRACE_FILE_NAME 

FROM   (SELECT P.spid 

        FROM   v$mystat M, 

               v$session S, 

               v$process P 

        WHERE  M.statistic# = 1 

               AND S.sid = M.sid 

               AND P.addr = S.paddr) P, 

       (SELECT T.INSTANCE 

        FROM   v$thread T, 

               v$parameter V 

        WHERE  V.name = 'thread' 

               AND ( V.value = 0 

                      OR T.thread# = To_number(V.value) )) I, 

       (SELECT value 

        FROM   v$parameter 

        WHERE  name = 'user_dump_dest') T;

找到测试生成的trace文件，格式化后，如下截图所示，FAST DUAL表示执行子查询的次数，也就是递归调用次数。

[oracle@DB-Server trace]$ tkprof gsp_ora_11336.trc klb_out.txt

删除这个表，然后我们构造一个拥有从1到255的新表，然后执行test.sql，测试看看标量函数会调用多少次，如下所示：

SQL> drop table test purge;

Table dropped.

SQL> create table test as select rownum id from dual connect by level<=255;

Table created.

如下所示，可以看到当前情况下，标量函数执行了255次

然后插入1、2、 3 三个值，我们再执行一下test.sql，看看优化器是否使用哈希表中缓存的记录，减少函数调用次数。如下所示，函数还是只调用了255次。

INSERT INTO TEST

SELECT 1 FROM DUAL UNION ALL

SELECT 2 FROM DUAL UNION ALL

SELECT 3 FROM DUAL;

COMMIT;

然后我们清空表TEST中的数据，然后使用下面脚本构造相关数据后， 执行test.sql继续我们的测试。

SQL> TRUNCATE TABLE TEST;

Table truncated.

SQL> DECLARE RowIndex NUMBER;

  2  BEGIN

  3  RowIndex :=1;

  4  WHILE RowIndex <= 255 LOOP

  5      INSERT INTO TEST

  6      SELECT RowIndex  FROM DUAL;

  7      

  8       RowIndex := RowIndex +1;

  9  END LOOP;

 10  COMMIT;

 11  END;

 12  /

PL/SQL procedure successfully completed.

SQL> DECLARE RowIndex NUMBER;

  2  BEGIN

  3  RowIndex :=1;

  4  WHILE RowIndex <= 255 LOOP

  5      INSERT INTO TEST

  6      SELECT RowIndex  FROM DUAL;

  7      

  8       RowIndex := RowIndex +1;

  9  END LOOP;

 10  COMMIT;

 11  END;

 12  /

PL/SQL procedure successfully completed.

SQL> 

其实这里出现这个问题，是因为1-255中，有些数因为HASH冲突，导致无法缓存到哈希表中，我们来验证测试一下，如下所示，9和16出现HASH冲突（为什么会出现HASH冲突，这个不清楚，因为我们不清楚它的HASH算法），由于9和16出现HASH 冲突，从而导致16无法缓存到哈希表，从而导致两条16的记录调用了两次，所以标量函数被调用了3次。但是如果出现冲突的记录，两次重复出现，那么它会重用上一次的调用函数的结果。如下测试所示：

我们继续往表TEST里面插入一条ID=16的记录， 我们开始测试

SQL> INSERT INTO TEST VALUES(16);

1 row created.

SQL> COMMIT;

SQL> select id,(select f(id) from dual) from test where id in (9,16);

        ID (SELECTF(ID)FROMDUAL)

---------- ---------------------

         9                     9

        16                    16

         9                     9

        16                    16

        16                    16

SQL> select dbms_utility.get_cpu_time- :cpu cpu_hsecs, userenv('client_info') from dual;

 CPU_HSECS USERENV('CLIENT_INFO')

---------- ----------------------------------------------------------------

         1 3

如上所示，自定义函数调用的次数还是3， 按照推理：ID=9的记录调用一次自定义函数，然后ID=16的记录出现HASH冲突，调用一次自定义函数，然后到记录ID=9，发现可以从内存中的哈希表取值，跳过调用自定义函数，接着到ID=16,由于哈希冲突，哈希表没有缓存相关记录，那么还会调用一次自定义函数，再接下来ID=16的记录，由于两次重复出现，那么它会重用上一次的调用函数的结果。所以调用次数为3

如果我们接下来继续插入两条记录，一条为9，一条为16，那么调用自定义函数的次数就会变为4，如下所示：

SQL> insert into test values(9);

1 row created.

SQL> insert into test values(16);

1 row created.

SQL> commit;

Commit complete.

SQL> variable cpu number;

SQL> begin

  2     :cpu := dbms_utility.get_cpu_time; 

  3       dbms_application_info.set_client_info(0);

  4  end;

  5  /

PL/SQL procedure successfully completed.

SQL>    

SQL> select id,(select f(id) from dual) from test where id in(9,16);

        ID (SELECTF(ID)FROMDUAL)

---------- ---------------------

         9                     9

        16                    16

         9                     9

        16                    16

        16                    16

         9                     9

        16                    16

7 rows selected.

SQL> SQL> select dbms_utility.get_cpu_time- :cpu cpu_hsecs, userenv('client_info') from dual;

 CPU_HSECS USERENV('CLIENT_INFO')

---------- ----------------------------------------------------------------

         1 4

SQL> 

如果我们插入数据的顺序修改一下，如下所示，此时的测试结果就能理解了（之前我一直没有理解清楚，注意之前的截图，你就能理解一二了，如果插入1~255  然后插入 1~255 这里函数的调用次数为306， 如果插入的记录为1、1、2、2 ....255、255 函数调用次数为255）

SQL> TRUNCATE TABLE TEST;

Table truncated.

SQL> DECLARE RowIndex NUMBER;

  2  BEGIN

  3  RowIndex :=1;

  4  WHILE RowIndex <= 255 LOOP

  5      INSERT INTO TEST

  6      SELECT RowIndex  FROM DUAL UNION ALL

  7      SELECT RowIndex  FROM DUAL;

  8      

  9       RowIndex := RowIndex +1;

 10  END LOOP;

 11  COMMIT;

 12  END;

 13  /

PL/SQL procedure successfully completed.

那么我们接下来分析一下，标量子查询缓存中生成的哈希表到底能缓存多少条记录呢？

推理如下 306-255 =51  表示1-255 记录里面，有51个记录跟其它记录存在哈希冲突，那么哈希表中实际缓存255-51=204条记录，然后我们将上面实验的值放大到510，继续测试

TRUNCATE TABLE TEST;

DECLARE RowIndex NUMBER;

BEGIN

RowIndex :=1;

WHILE RowIndex <= 510 LOOP

    INSERT INTO TEST

    SELECT RowIndex  FROM DUAL;

     RowIndex := RowIndex +1;

END LOOP;

COMMIT;

END;

/

DECLARE RowIndex NUMBER;

BEGIN

RowIndex :=1;

WHILE RowIndex <= 510 LOOP

    INSERT INTO TEST

    SELECT RowIndex  FROM DUAL;

     RowIndex := RowIndex +1;

END LOOP;

COMMIT;

END;

/

接着分析， 707- 510 = 197  这意味着197个数据存在哈希冲突， 假设内存中的哈希表缓存了510-197=313条记录， 那么313 + 197 + 197 = 707。 假设这个哈希表只能缓存255 bucket的话， 那么按照推理，函数调用次数应该为255 +（510-255）*2 = 765次，显然跟实际次数有出入，那么说明这个值应该大于255。

SQL> select 313 +197 from dual;

313+197

----------

510

SQL> select 313 + 197 + 197 from dual;

313+197+197

-----------

707

我们继续放大插入的值，继续后面测试,后面测试其实我已经无法继续推理，例如，插入2048连续记录，然后插入2048条连续记录，测试发现函数的调用次数为3592

假设哈希表只能缓存1024条记录， 那么 1024+ （2048-1024）*2 = 3072  < 3592 ,这是否意味着哈希表不止缓存1024条记录，其实，到目前为止，我们只发现了部分记录存在HASH冲突，上述测试也是存在假设前提的，例如9 跟 16 存在HAST冲突，那么是否还存在其它值跟它们HASH 冲突呢？ 测试越来越复杂，个人在这上面花费了大量的时间，其实是有点不划算的。

透过现象看本质，有时候，局限于知识、认知、眼界，可能并不能透过现象看到本质，更何况这个也是封闭的，官方没有相关解释。所以我们只能透过现象做出一些推理和论证，而很难跨过现象直至本质。

结论：

网友lfree的反馈是对的。标量子查询缓存（scalar subquery caching）中的哈希表缓存的buckets，在ORACLE 10g / 11g 下面确实不止255， 但是这个值到底是多少，这篇博文无法给出一个确切值！

参考资料：

https://asktom.oracle.com/pls/apex/f?p=100:11:0::::P11_QUESTION_ID:2683853500346598211

https://blogs.oracle.com/oraclemagazine/on-caching-and-evangelizing-sql