SQL查询的底层运行原理深入分析

什么是SQL查询

SQL（Structured Query Language，结构化查询语言）是一种用于操作关系型数据库的编程语言，我们可以使用SQL语言进行数据增删改查等操作。SQL查询就是用SQL语言查询数据的过程。

SQL查询的底层运行原理

SQL查询的底层运行原理主要分为以下几个步骤：

1. 语法分析与解析

当我们输入SQL语句后，数据库会首先进行语法分析，将SQL语句分解成一些基本的语法单元，并进行语法检查，确保SQL语句的正确性。

1. 查询生成

在SQL查询生成的阶段，数据库会根据我们输入的SQL语句和关系数据库的结构，生成一棵查询树（query tree）（也称查询计划）。查询树是一个执行计划，它详细描述了如何从数据库中获取所需要的数据。在查询树上，从上往下依次执行查询，获取数据。

1. 执行查询

查询树生成完成后，数据库就会进入执行查询的阶段。执行查询的具体步骤如下：

• 执行FROM子句，获取需要查询的表，并根据连接条件进行表的连接操作。
• 执行WHERE条件，筛选出符合条件的数据。
• 执行GROUP BY子句，对数据按照指定的列进行分组。
• 执行HAVING条件，筛选出符合条件的分组。
• 执行SELECT子句，查询出需要的列，并进行比较、计算等操作。
• 执行ORDER BY子句，对数据进行排序。

• 执行LIMIT子句，限制返回数据的个数。

• 返回结果

查询执行完成后，数据库会返回执行结果，这些结果可以是表中的一些行或者是查询操作的结果集。符合条件的记录会通过连接、比较、计算或者排序交给查询树最终返回给用户。

SQL查询的优化

在SQL查询的执行过程中，为了提高查询效率，数据库系统会进行查询优化，主要包括以下几个方面：

1. WHERE条件优化

WHERE条件采用的运算符和操作数数量会影响查询的效率，因此我们需要尽量使用INDEX索引让查询更快速。

1. 联结（Join）优化

在进行联结操作时，策略选择的优化是非常关键的。对于两张需要联结的大表，我们可以采用各种联结策略来解决联结问题，比如：嵌套循环、哈希联结、排序合并联结等。

1. GROUP BY和HAVING条件优化

同WHERE条件相同，我们需要运用索引来处理。

1. 选择SELECT的列

需要查询的列越多，查询效率也会越慢。因此，在SELECT语句中要尽量避免使用“ * ”来查询所有列，而是通过手动选择所需的列来优化查询。

示例说明

示例1

假设有一张user表和一张order表，其中order表中保存了user表的订单信息。现在我们需要查询user表中所有的用户名以及他们的总订单数。

SELECT user.name, COUNT(order.id)
FROM user LEFT JOIN order ON user.id = order.user_id
GROUP BY user.name

在执行这条SQL语句时，数据库需要进行表联结操作，并对user表进行分组，算出每个用户的订单量。其中，使用了LEFT JOIN操作，保证即使用户没有订单，也能包含在查询结果中。在联结操作和分组统计时，还需要进行一些排序和计算操作，才能得到最终结果。

示例2

假设有一个order表，其中包含了商品id、商品名、订单号以及订单数量等信息。现在我们需要查询每个商品的总订单量以及所有订单的总数量，并按照总订单量排序。

SELECT o.product_id, SUM(o.order_num) AS total_order_num, COUNT(o.order_id) AS total_order_count
FROM order AS o
GROUP BY o.product_id
ORDER BY total_order_count DESC

在执行这条SQL语句时，数据库需要对order表进行分组，统计每个商品的订单量、订单总数，并按照统计结果进行排序。在统计订单量和订单总数时，使用了SUM和COUNT函数，操作类别不同，对性能影响也不同。