SQL Server 性能优化实战系列(一)

数据库服务器主要用于存储、查询、检索企业内部的信息，因此需要搭配专用的数据库系统，对服务器的兼容性、可靠性和稳定性等方面都有很高的要求。

       下面是进行笼统的技术点说明，为的是让大家有一个整体的概念，如果想深入可以逐个击破；     

       希望大家能一起补充完善。 

一、服务器规划：

1. 使用64位的操作系统，最好是2008的；（Windows Server 2008 64位）
2. 使用64位的数据库程序，最好是2008的；（SQL Server 2008 64位）
3. 使用千兆网卡；
4. 使用硬RAID5；
5. 使用64K的簇大小；
6. LUN0用作系统盘，LUN1用作程序（主要是数据库程序）安装盘，LUN2用作数据库文件盘，动态盘；

二、系统设置：

如果服务器使用的配置是：Windows Server 2003 x86 + SQL Server 2005 x86 + 12G内存

1. 使用Windows Server 2003 Enterprise Edition，如果有可能的话也可以使用Windows 2003 Datacenter Edition；
2. 在boot.ini中启用pae；
3. 使用gpedit.msc设置【内存中锁定页】；
4. 设置虚拟内存到系统盘之外的物理磁盘中，如果是同一块物理磁盘，分到其它逻辑分区也可以；设置大小看情况而定；
5. 去掉【最大化文件共享数据吞吐量】,选择【最大化网络应用程序数据吞吐量】

三、数据库设置：

1. 设置数据库的AWE，如果是16G的内存，一般是分配80%内存给数据库程序使用；
2. 设置数据库实例的增长为10%，具体需要设置多少需要看你的业务需要，其目的就是尽量减少磁盘空间的分配次数还有较少磁盘碎片的产生；
3. 设置数据库实例的恢复模式为简单模式，如果在可以的情况下；
4. 设置TempDB的大小，一般来说可以给到4G以上，看具体需要和环境；
5. 把除了SQL Server和SQL Server Browser 的其它数据库服务都停止掉，除非你有使用到这些服务的需要；

四、数据库设计：

1. 表分区；（单台数据库服务器）
2. 事件复制读写分离；（两台数据库服务器）
3. 对等事务复制；（多台数据库服务器）

五、SQL优化：

1. 创建合适的索引；
2. 减少游标的使用；
3. 可以考虑CLR编程，比如一些频繁查询并且变动很小的表；
4. 使用批量操作，减少频繁而小的操作；
5. 这里的调优细节很多，大家可以慢慢深入了解；

SQL Server扩展函数的基本概念

什么是SQL Server扩展函数呢？它实际上就是把C#或VB.NET的代码拿到SQL Server上去执行。反过来思考，那就是当你想对表数据进行比较复杂的逻辑处理时，写SQL又太麻烦，那么你就可以是否可以通过SQLCLR来解决这个问题了。下面是我摘自wikipedia对SQLCLR的解释。

SQL CLR (SQL Common Language Runtime) 是自 SQL Server 2005 才出现的新功能，它将.NET Framework中的CLR服务注入到 SQL Server 中，让 SQL Server 的部份数据库对象可以使用 .NET Framework 的编程语言开发（目前只支持VB.NET和C#），包括预存程序、用户自定义函数、触发程序、用户自定义型别以及用户自定义汇总函数等功能。

几个定义

1. Stored Procedures （SP:存储过程）
2. User Defined Function ( UDF:用户自定义函数)
3. User Definied Types (UDT:用户定义类型）
4. User Definied Aggregate（UDA:聚合函数）
5. Triggers（触发器）

 

（图1：SQLCLR的架构图） 

 

（图2：SQLCLR的开发流程图） 

 

（图3：SQLCLR的调试） 

参考文献

SQL CLR（wikipedia）  

使用 SQL Server 2005中的 CLR 集成 

使用SQL Server 扩展函数进行性能优化

SQL Server2005扩展函数已经不是一件什么新鲜的事了，但是我看网上的大部分都是说聚合函数，例子也比较浅，那么这里就讲讲我运用扩展函数来优化数据库性能的例子，希望和大家一起分享这个经验。如果你还不知道什么是SQLCLR，那么你可以参考：SQL Server扩展函数的基本概念。

需求说明 

大家在使用SQL Server开发的时候一定会遇到这样的需求，那就是通过Table_Name1表的两个字段Column1、Column2来查询在Table_Name2表中符合这两个条件的记录，并返回Table_Name2中的字段Column3，面对这样的需求，你也许会说使用表连接就可以了，对的，没错，我也是这样想的，但是有的时候往往要面对不同的突发情况，那就是并不是一定会Column1与Column2是全匹配的查询，可能中间还需要一些逻辑的处理，比如字符串的截取后再匹配等等。

这个时候我们通常会在SQL Server中写一个函数，这个函数接收两个参数：Column1、Column2，函数体里面做一些逻辑处理，在通过处理好的参数去查询Table_Name2表，并返回相应的值。很好，那下面我们来计算下图中数据的查询情况。假设表1的数据有50W，表2的数据有4W，在表2没有索引的条件下，查询的复杂度就有50W*4W了，两个表都需要做全表扫描，表2的全表扫描就会达到50W次。

 （图1：需求说明）

优化1：这一个优化，每个开发人员都知道，那就是对表2的两个查询字段分别建立索引。这样的优化和之前相比，性能将会提高N个等级。

优化2：这第二个优化方法是使用SQL Server的复合索引，在表2上创建一个复合索引，这个符合索引包括需要查询的两个字段，其实就是把两个字段的内容生成一个索引，其中索引包含了两个索引的排序。

优化3：这第三个优化方法是使用SQL Server2005之后版本才有的索引-包含性索引（Include），就是在优化2的基础上，把需要返回的字段也一起放入到索引中，这样的查询就只需要查询索引就够了，不需要再读取数据页了，减少磁盘的IO消耗。不过这个方法也不是万能，因为有时可能返回的字段会比较多，有时几个字段加起来的长度有可能超出了900个字符（索引大小范围），如果想了解可以进入：SQL Server 索引中include的魅力（具有包含性列的索引）

优化4：在不考虑一些分区、分表、分到不同的磁盘等优化方式的情况下，我们是否还能进一步优化我们的查询呢？这就是这篇文章想要告诉你的，因为我们的回答是：有的。那就是通过SQLCLR的UDT，把表2的数据一次性加载到内存，那么在进行表1查询的时候，我们不需要通过B+树来查询数据了，直接到内存中查询，这样之所以快是因为操作内存要比操作磁盘要快得多。这其中会有些局限性和缺点，具体见下面的缺点描述。

设计思路

1. 去数据库中把表2读取出来，并放到private static readonly IDictionary<string, string> resultCollectionDic的静态变量中。在数据库服务启动的时候是会初始化SQLCLR函数的，所以在启数据库服务的时候，也一起把表2的数据保存到了内存当中了。
2. 上面的查询中包括了两个字段Column1、Column2和一个返回字段Column3，那么我们如何把这些数据保存到IDictionary字典当中呢？我的做法就是把Column1、Column2的中间加一个字符“+”，把这个字符串作为Key值，把Column3这个返回值做为Value，这样就解决了多个And的查询的问题。这个会有些局限性，具体可以见下面的缺点描述。
3. 在函数FunctionImsi2HLR2中传进的两个字符后，就要进行上面的拼凑方式来拼凑Key值，再到IDictionary中查询。

测试结果

测试数据：表2有4.6732万条记录，表1有54.2524万条记录。

经过测试： 

1. 优化1方法（单独索引）的时间是106秒
2. 优化3方法（包含性索引）的时间是45秒
3. 优化4方法（扩展函数）的时间是33秒 

代码

using System;
using System.Data;
using System.Data.SqlClient;
using System.Data.SqlTypes;
using Microsoft.SqlServer.Server;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;

public partial class UserDefinedFunctions
{
    //经过测试发现：使用Hashtable和SortedList没有使用IDictionary的性能好.
    //IDictionary<string, string>中使用string比SqlString的性能要高.
    private static readonly IDictionary<string, string> resultCollectionDic = new Dictionary<string, string>();

    static UserDefinedFunctions()
    {
        GetTableFromDB(resultCollectionDic);
    }

    /// <summary>
    /// 从数据库中获取某个表的数据.
    /// </summary>
    /// <param name="resultCollection"></param>
    private static void GetTableFromDB(IDictionary<string, string> resultCollectionDic)
    {
        using (SqlConnection connection = new SqlConnection("context connection=true"))
        {
            connection.Open();

            using (SqlCommand selectMGT = new SqlCommand("SELECT NS,NP,HLR FROM dbo.zh_mgt ORDER BY NS,NP", connection))
            {
                using (SqlDataReader zhmgtReader = selectMGT.ExecuteReader())
                {
                    while (zhmgtReader.Read())
                    {
                        string NS = zhmgtReader["NS"].ToString();
                        string NP = zhmgtReader["NP"].ToString();
                        string HLR = zhmgtReader["HLR"].ToString();
                        string key = NS + "+" + NP;
                        if (!resultCollectionDic.ContainsKey(key))
                        {
                            resultCollectionDic.Add(key, HLR);
                        }
                    }
                }
            }

            connection.Close();
        }
    }

    /// <summary>
    /// 暴露给SQL Server调用的函数.
    /// </summary>
    /// <param name="NS">参数1</param>
    /// <param name="NP">参数2</param>
    /// <returns></returns>
    [SqlFunction(DataAccess = DataAccessKind.Read)]
    public static SqlString FunctionImsi2HLR2(string NS, int NP)
    {
        string result = null;//这里设置为null是为了在方法IMSI2HLR2中判断继续循环.
        string key = NS + "+" + NP.ToString();//使用特殊符号+连接两个列作为key值.
        if (resultCollectionDic.ContainsKey(key))
            result = resultCollectionDic[key].ToString();    
        return new SqlString(result);
    }
}; 

调用方式对比

--1：这个是在NP和NS字段中分别建立索引
SELECT @rc=HLR FROM zh_mgt WHERE NP=7 and NS=@mgt

--2：这个是在NP、NS、HLR字段中建立了一个包含性索引(Include)
SELECT @rc=HLR FROM zh_mgt WHERE NS=@mgt and NP=7  

--3：这是使用SQLCLR扩展函数的调用方法
SELECT @rc= dbo.FunctionImsi2HLR2(@mgt,7)

优点 

1. 性能上的比较（这里的>是表示时间的长短，时间越小，性能越优）：每个列有单独的索引>使用Include的包含索引>扩展函数 
2. 把表里面的记录放到内存上，直接去内存上查询，不需要使用到B+树来查询数据。当你的内存足够大或者空闲，并且使用到这个表的次数很多，而且更新不频繁，那就可以考虑这样的优化方案。
3. 如果需要面对一些比较复杂的逻辑处理，也许SQL是没有办法做到，即使做到了，那么SQL代码的阅读和维护会比较困难，其实这个既是优点又是缺点，下面的缺点中有提到。
4. 封装代码，加强代码安全。

缺点 

1. 有一定的局限性，当有多个AND条件一起查询或者几个键通过上面的方法加起来的字符串不唯一，那么就没有办法像上面IDictionary<string, string>的方法来使用key了，但是也不是没有办法的，其实办法就是IList，把唯一的值作为key，再构造一个实体作为key的value。
2. 如果表更新了，需要重新注册函数，因为程序已经把整个表加载到内存了；如果不重新注册函数，那么就需要数据库重启服务了，因为那个程序集是在服务启动的时候就初始化了。
3. 针对上面第二个缺点，也是有办法解决的，那就是在表中做一个触发器，当有Insert、Update、Delete等操作就调用一个重新注册的存储过程就可以了。
4. 如果里面的逻辑处理比较复杂，那么更新逻辑所带来的部署、维护成本比较大，因为如果是写成函数或者是建立包含性索引可能会更好维护。

疑问 

1. 在SQL Server中，对一个包含性索引的疑问：比如有一个int类型的字段和一个nvarchar的字段，int字段的重复率比较大，而nvarchar的重复率比较少，我之前是根据重复率来确认谁放前面的，但是int与nvarchar的匹配效率是不一样的，int只要匹配一次，而nvarchar需要匹配跟字符串长度一样多的次数，那么应该如何把谁放到前面呢？
2. 数据库中可以把90%的查询都归结为1：完全匹配，2：前缀匹配。对应解决方案是：1：可采用bloom-filter扩展函数进行高速匹配，2：可采用改进的哈夫曼树。如何做这方面的方案呢？

总结 

虽然这样的方式比较难在现实的运用中被使用，因为有很多局限性和缺点，但是我写这篇文章的初衷就是想让大家知道在特殊的情况下，还有这样一种优化的方法可以使用。 

SQL Server Url正则表达式 内存常驻 完美解决方案

   在使用SQL Server2005扩展函数进行性能优化已经提到过把SQL Server中的表装载到内存中，通常这样做的目的是让频繁的表查询能通过在内存中查找来优化数据库性能，从而减少表的查询，减少IO方面的消耗。

       这篇文章的目的就是为了解决使用SQL Server2005扩展函数进行性能优化中表记录更新导致函数返回结果有误的问题。产生这个问题的原因是：如果表更新了，而程序已经把整个表加载到内存了，所以会导致调用函数时返回的结果有误。我们需要重新注册函数，如果不重新注册函数，那么就需要数据库重启服务了，因为那个程序集是在服务启动的时候就初始化了。

       上面这个问题的解决方案就是： 在表中创建一个触发器，当有Insert、Update、Delete等操作就调用一个重新注册的存储过程重新注册程序集（注意，Truncate、Drop是无法激发触发器的）。看样子，这个方案很简单，而我写这篇文章的目的是想把其中遇到的问题告诉大家。我想说的是，不要小看一个看似很解决的问题，只要你细心挖掘，你也可以学到很多东西的。

下面我就先来列列这些问题：

1.    这个注册函数（更确切的说是注册程序集）的存储过程该如何写？

2.    这个触发器中你是否漏了Truncate这个操作的考虑？它是不会激发触发器的，如何解决？

3.    当批量插入到这个表的时候发现插入的速度奇慢（插入的数据为几百条），这个时候才发现原来这个注册会给插入带来灾难性的性能问题。唯一办法就是先禁用这个触发器，等插入完成后再启动触发器。

4.    在开发环境中的注册可以使用VS的部署来完成，再通过SQL Server的生成脚本来导出程序集做为注册，但是注册代码比较乱，有没更好的办法？

5.    解决了在注册的时候需要读取DLL程序集文件的问题，通过生成十六进制的代码来注册程序集，这样就不用依赖于DLL了，非常适合在生产环境中使用，也适合快速部署，达到尽量解耦的目的。

6.    一个动态扩展函数和一个静态扩展函数（类似于上面的加载表到内存），这两个函数最好不要写在一个类里面，最后是分开到不同的项目中，这样是为了避免重新注册程序集的时候不必要的资源浪费，更重要的是为了一个错误，一个需要初始化Static变量的问题。

7.    默认情况下数据库的CLR是没有开启的，需要手动设置或者使用命令开启。

8.    在为URL设置正则表达式的时候，应该注意需要在URL的前后加限定符（^ 行的开头 $ 行的结尾 ）

总结出的一个开发CLR扩展函数的流程、步骤：

1.    在开发阶段，使用VS编写代码并部署测试；

2.    完成测试后，使用Release模式生成DLL，拷贝DLL到相应的服务器，调用模板存储过程，通过读取DLL的方式先注册一遍程序集，这是为了生成的代码比较明朗，不会乱；

3.    使用SQL Server的生成脚本的功能来导出程序集，再把生成的代码拷贝到注册的存储过程中，使之脱离读取DLL的注册方式，这样就可以快速迁移CLR扩展函数了。

下面就介绍一下这个解决方案的内容：

1.    最主要的注册函数

SET ANSI_NULLS ON
GO
SET QUOTED_IDENTIFIER ON
GO
IF NOT EXISTS (SELECT * FROM sys.objects WHERE object_id = OBJECT_ID(N'[dbo].[Deploy_ETplugin_SQLRegexUrlImage]') AND type in (N'P', N'PC'))
BEGIN
EXEC dbo.sp_executesql @statement = N'
-- =============================================
-- Author:        <Viajar>
-- Create date: <2010.06.19>
-- Description:    <部署扩展函数>
-- 程序集在：C:SQLRegexUrlImage.dll
-- =============================================
CREATE PROCEDURE [dbo].[Deploy_ETplugin_SQLRegexUrlImage]
AS
BEGIN
    --判断是否存在名为SQLRegexUrlImage的函数
    IF EXISTS (SELECT name FROM sys.sysobjects WHERE name = ''SQLRegexUrlImage'')
       DROP FUNCTION SQLRegexUrlImage

    --判断是否存在名为SQLRegexUrlImage的程序集
    IF EXISTS (SELECT name FROM sys.assemblies WHERE name = ''SQLRegexUrlImage'')
       DROP ASSEMBLY SQLRegexUrlImage

    --创建注册程序集
    CREATE ASSEMBLY SQLRegexUrlImage FROM ''C:SQLRegexUrlImage.dll''
    WITH PERMISSION_SET = SAFE -- EXTERNAL_ACCESS

    --创建函数与程序集的对应
    execute dbo.sp_executesql @statement = N''
    CREATE FUNCTION [dbo].[SQLRegexUrlImage](@urlString [nvarchar](500))
    RETURNS [nvarchar](50)
    AS EXTERNAL NAME [SQLRegexUrlImage].[UserDefinedFunctions].[SQLRegexUrlImage]''

END
SET ANSI_NULLS OFF
' 
END
GO

2.    使用数据库的生成脚本功能，可以导出程序集的代码，把下面的代码替换上面存储过程中使用路径注册的方法，这样就避免了部署的时候需要拷贝DLL的问题。

CREATE ASSEMBLY [SQLRegexUrlImage]
FROM 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3.     调用方法和效果图