Oracle数据库与实例

通常，“Oracle数据库”既指存储在硬盘上的内部存有数据的数据文件，也指用来管理这些数据文件的内存结构。实际上，“数据库”归属于数据文件，“实例”则归属于内存结构。

图1-1展示了oracle实例与数据库的关系。

一个实例由系统全局内存区域（System Global Area，SGA）以及一系列后台进程组成。

每个链接到数据库的用户都是通过一个客户端进程进行管理，客户端进程与服务器进程相联结，每个服务器进程都会被分配一块私有的内存区域，该区域称为程序共享内存区域或进程共享内存区域（Process Global Area，PGA）。

图1-1 实例与数据库关系图

SGA共享池

共享池是Oracle缓存数据的地方。执行过的每一条SQL语句在共享池都存有解析后的内容。而存放这些内容的区域称为库高速缓存。在每一条SQL语句执行之前，Oracle都会查看库高速缓存中是否已存在相同的SQL语句。存在的话直接从里面读取该信息，而非再解析一遍。

共享池还存储所有Oracle数据库对象信息，存储该信息的区域称为数据字典缓存区域。

共享池内存有限，已加载的语句不能长时间存放在其中。基本思想是保留那些使用最频繁以及最近使用的语句。

库高速缓存

每一条SQL语句执行之前都将被解析并存入到库高速缓存中。解析包括验证语法，检验提及对象，确认对象用户权限。检验过后，下一个步骤就是执行软解析或者硬解析。

软解析：库高速缓存解析每一条sql，判断之前是否执行过该语句，如果是，Oracle将取回之前解析的信息并重用。

硬解析：如果该语句之前没有执行过，Oracle将执行所有工作来为当前的sql语句生成执行计划，并将其保存在缓存中以备将来重用。

由此可见，软解析效率远比硬解析效率高得多！

完全相同的语句

有三条SQL语句：

SQL> select employee_id,first_name,last_name from hr.employees where department_id = 60;
 
EMPLOYEE_ID FIRST_NAME           LAST_NAME
----------- -------------------- -------------------------
        103 Alexander            Hunold
        104 Bruce                Ernst
        105 David                Austin
        106 Valli                Pataballa
        107 Diana                Lorentz
SQL> SELECT EMPLOYEE_ID,FIRST_NAME,LAST_NAME FROM HR.EMPLOYEES WHERE DEPARTMENT_ID = 60;
 
EMPLOYEE_ID FIRST_NAME           LAST_NAME
----------- -------------------- -------------------------
        103 Alexander            Hunold
        104 Bruce                Ernst
        105 David                Austin
        106 Valli                Pataballa
        107 Diana                Lorentz
 
SQL> select /*a_comment*/ employee_id,first_name,last_name from hr.employees where department_id = 60;
 
EMPLOYEE_ID FIRST_NAME           LAST_NAME
----------- -------------------- -------------------------
        103 Alexander            Hunold
        104 Bruce                Ernst
        105 David                Austin
        106 Valli                Pataballa
        107 Diana                Lorentz

三条SQL语句的执行结果完全一致。但他们是完全一样的SQL语句么？查看V$sql视图：

SQL> select sql_id,hash_value,executions from v$sql where upper(sql_text) like '%EMPLOYEES%';
 
SQL_ID        HASH_VALUE EXECUTIONS
------------- ---------- ----------
3g8h969j7cgdd 1651916205          1
3j0qbm7gx8jwz 3755231135          1
ary9nccpyyqmb  737106539          1

从结果来看，这三条SQL并不一样，因为它们并不是严格一致的。完全相同的SQL语句必须大小写字母一致，空格位置一致，注释内容位置完全一致。

可以通过绑定变量的方式来代替常量：

SQL> variable v_dept number
SQL> exec :v_dept :=10
 
SQL> select employee_id,first_name,last_name from hr.employees where department_id = :v_dept;
 
EMPLOYEE_ID FIRST_NAME           LAST_NAME
----------- -------------------- -------------------------
        200 Jennifer             Whalen
 
/*--------------------------------------------------------*/
SQL> exec :v_dept :=20
 
SQL> select employee_id,first_name,last_name from hr.employees where department_id = :v_dept;
 
EMPLOYEE_ID FIRST_NAME           LAST_NAME
----------- -------------------- -------------------------
        201 Michael              Hartstein
        202 Pat                  Fay
 
/*--------------------------------------------------------*/
SQL> exec :v_dept :=30
 
SQL> select employee_id,first_name,last_name from hr.employees where department_id = :v_dept;
 
EMPLOYEE_ID FIRST_NAME           LAST_NAME
----------- -------------------- -------------------------
        114 Den                  Raphaely
        115 Alexander            Khoo
        116 Shelli               Baida
        117 Sigal                Tobias
        118 Guy                  Himuro
        119 Karen                Colmenares
 
/*--------------------------------------------------------*/
SQL> select sql_id,hash_value,executions from v$sql where upper(sql_text) like '%V_DEPT%';
 
SQL_ID        HASH_VALUE EXECUTIONS
------------- ---------- ----------
6qsnhnb7dbdra 3470112490          3

由此可见，库高速缓存只存储了一条语句，并执行了三次。

锁存器

Oracle只有获得了锁存器后才可以从库高速缓存或其他内存中读取信息。锁存器可以避免库高速缓存同时被两个会话修改，一个会话在读取库高速缓存信息之前，都会获得一个锁存器，另一个会话必须等到上一个会话释放锁存器。

自旋

如Oracle判断当前sql是否已经存在库高速缓存中时必须先获得锁存器，如果此时锁存器不是空闲的，Oracle会迭代轮询，查看锁存器是否可用。经过一段时间（_spin_count=2000）锁存器仍不可用的话，该请求会被暂时挂起，直到下一次获得cpu时间片。

SGA缓冲区缓存

存储数据块。块是Oracle进行操作的最小的单位，包含数据行，索引或用来排序的临时数据（也包含块自身信息）。Oracle必须读取块来获取sql需要的数据行。缓冲区块的管理也遵循LRU(Least Recently Used)原则，同时也有个叫接触计数器（touch-count）的东西，记录块被使用的次数，被访问越频繁的块存活时间越长。在验证块是否存在缓冲区缓存的过程中，也需要获得锁存器。

如果一个sql查询所需数据不在缓冲区缓存的块中，就必须读取操作系统硬盘来获取这些信息，然后存放到缓冲区缓存的块中。

逻辑读取：Oracle从缓冲区缓存块中读取数据；

物理读取：缓冲区缓存块中没有数据，Oracle从硬盘中读取数据的过程。

Eg:

1.清除共享池和缓冲区缓存（硬解析和物理读取）：

SQL> alter system set events 'immediate trace name flush_cache';
系统已更改。
SQL> alter system flush shared_pool;
系统已更改。
SQL> set autotrace traceonly statistics
SQL>
SQL> select * from hr.employees where department_id=60;
 
统计信息
----------------------------------------------------------
        976  recursive calls
          0  db block gets
        237  consistent gets
         23  physical reads
          0  redo size
       1320  bytes sent via SQL*Net to client
        359  bytes received via SQL*Net from client
          2  SQL*Net roundtrips to/from client
          9  sorts (memory)
          0  sorts (disk)
          5  rows processed

2.仅清除缓冲区缓存（软解析和物理读取）：

SQL> set autotrace off
SQL>
SQL> alter system set events 'immediate trace name flush_cache';
 
系统已更改。
SQL> set autotrace traceonly statistics
SQL>
SQL> select * from hr.employees where department_id=60;
 
统计信息
----------------------------------------------------------
          0  recursive calls
          0  db block gets
          4  consistent gets
          2  physical reads
          0  redo size
       1320  bytes sent via SQL*Net to client
        359  bytes received via SQL*Net from client
          2  SQL*Net roundtrips to/from client
          0  sorts (memory)
          0  sorts (disk)
          5  rows processed

3.都不清除（软解析和逻辑读取）：

SQL> select * from hr.employees where department_id=60;
 
统计信息
----------------------------------------------------------
          0  recursive calls
          0  db block gets
          4  consistent gets
          0  physical reads
          0  redo size
       1320  bytes sent via SQL*Net to client
        359  bytes received via SQL*Net from client
          2  SQL*Net roundtrips to/from client
          0  sorts (memory)
          0  sorts (disk)
          5  rows processed

结果证明，当执行的查询只需要软解析和逻辑读取数据块的时候，所消耗的资源是最少的！