12C 新特性 | 标量子查询自动转换
优化器是 Oracle 数据库最引人入胜的部件之一，因为它对每一个 SQL 语句的处理都必不可少。优化器为每个 SQL 语句确定最有效的执行计划，这是基于给定的查询的结构，可用的关于底层对象的统计信息，以及所有与优化器和执行相关的特性。因此 Oracle 在每一个版本中，优化器都引入了新特性，本文将详细讲解 12C 中标量子查询自动转换的新特性的原理，优势，适用场景和案例分享。
1、12C 标量子查询自动转换说明
首先我们来看官方文档的说明：
标量子查询是出现在 SQL 语句的 SELECT 子句的子查询。因为标量子查询不能被展开，所以一个相关的标量子查询（它引用了子查询之外的列）必须为外层查询产生的每一行被取值。考虑下面的查询：
SELECT c.cust_id, c.cust_last_name,c.cust_city, (SELECT avg(s.quantity_sold) FROM sales s WHERE s.cust_id = c.cust_id) avg_quan FROM customers c WHERE c.cust_credit_limit > 50000;
在 Oracle 11g 数据库中，对于 CUSTOMERS 表中 CUST_CREDIT_LIMIT 大于 50000 的每一行，在SALES 表上的标量子查询都必须被执行。SALES 表是大表，把它扫描多次是非常耗费资源的。
（图: Oracle 11g 数据库的计划显示，对于 customers 表返回的每一行，标量子查询都必须被取值）
将标量子查询展开并且将其转换为一个连接，就免除了为外层查询的每一行都进行求值的必要性。在 Oracle 12c 数据库中，标量子查询能够被展开，在这个例子中，SALES 表上的标量子查询被转换成一个 group-by 视图。group-by 视图确定会返回每组一行，正如标量子查询一样。查询中同样加入了一个外连接，这是为了确保即使当视图的结果为空时，CUSTOMERS 的数据仍然会被返回。转换后的查询如下:
SELECT c.cust_id, c.cust_last_name,c.cust_city, v.avg_quan FROM customers c, (SELECT avg(s.quantity_sold) avg_quan, s.cust_id FROM sales s GROUP BY s.cust_id) v WHERE c.cust_credit_limit > 50000 AND c.cust_id = v.cust_id(+);
（图: Oracle 12c 数据库的计划显示标量子查询已经被展开成外连接和 GROUP BY 视图）
2、标量子查询自动转换的优势
首先我们建立测试环境：Tab0 是小表，tab1 是大表。
---收集统计信息
① 在 12C 版本中
set linesize 150 alter session set statistics_level=all; select distinct b.object_type, (select max(object_id) from tab1 a where a.object_type= b.object_type) max_id from tab0 b;
执行计划信息：
从上面可知，标量子查询转换成了 hash join outer，性能分析可知表 tab1 只扫描了一次，整个 SQL 消耗的逻辑读为 555。
② 在 11g 版本中
alter session set optimizer_features_enable='11.2.0.4'; select distinct b.object_type, (select max(object_id) from tab1 a where a.object_type= b.object_type) max_id from tab0 b; select *from table(dbms_xplan.display_cursor(null,null,'allstats last'));
可以发现 11g 查询标量子查询成本还是蛮高的，要全表扫描 TAB1 两次，而 TAB1 刚好是大表，导致的逻辑读也刚好是 12C 中的差不多两倍，可见性能肯定相差很多。
③ 我们用 10053 分析在 12C 版本中，Oracle 到底是怎么自动改写转换
alter session set optimizer_features_enable='12.1.0.2.1'; oradebug setmypid oradebug unlimit oradebug event 10053 trace name context forever, level 12; select distinct b.object_type, (select max(object_id) from tab1 a where a.object_type= b.object_type) max_id from tab0 b; oradebug event 10053 trace name context off; oradebug tracefile_name
CVM: Merging complex viewSEL$683B0107 (#2) into SEL$C772B8D1 (#1). qbcp:******* UNPARSED QUERY IS ******* SELECT DISTINCT"B"."OBJECT_TYPE""OBJECT_TYPE","VW_SSQ_1"."MAX(OBJECT_ID)" "MAX_ID"FROM (SELECTMAX("A"."OBJECT_ID")"MAX(OBJECT_ID)","A"."OBJECT_TYPE""ITEM_1" FROM "SYS"."TAB1" "A" GROUP BY"A"."OBJECT_TYPE")"VW_SSQ_1","SYS"."TAB0" "B" WHERE"VW_SSQ_1"."ITEM_1"(+)="B"."OBJECT_TYPE" vqbcp:******* UNPARSED QUERY IS ******* SELECT MAX("A"."OBJECT_ID")"MAX(OBJECT_ID)","A"."OBJECT_TYPE""ITEM_1" FROM "SYS"."TAB1" "A" GROUP BY"A"."OBJECT_TYPE" CVM: result SEL$C772B8D1 (#1) ******* UNPARSED QUERY IS ******* SELECT DISTINCT "B"."OBJECT_TYPE""OBJECT_TYPE",MAX("A"."OBJECT_ID") "MAX_ID"FROM "SYS"."TAB1""A","SYS"."TAB0" "B" WHERE"A"."OBJECT_TYPE"(+)="B"."OBJECT_TYPE"GROUP BY "A"."OBJECT_TYPE","B".ROWID,"B"."OBJECT_TYPE" OJE: Begin: find best directive for query block SEL$841DDE77 (#1) OJE: Considering outer-join elimination on queryblock SEL$841DDE77 (#1)
从 10053 中我们也可以看出 SQL 被改写成了：
SELECT DISTINCT "B"."OBJECT_TYPE""OBJECT_TYPE","VW_SSQ_1"."MAX(OBJECT_ID)""MAX_ID" FROM (SELECTMAX("A"."OBJECT_ID") "MAX(OBJECT_ID)","A"."OBJECT_TYPE""ITEM_1" FROM "SYS"."TAB1" "A" GROUP BY"A"."OBJECT_TYPE")"VW_SSQ_1","SYS"."TAB0" "B" WHERE"VW_SSQ_1"."ITEM_1"(+)="B"."OBJECT_TYPE"
首先把标量子查询改写成了一个视图 VW_SSQ_1，然后再跟 TAB0 进行外连接，我们知道在 11G 中 tab0 有多少记录，子查询（也就是视图 VW_SSQ_1）就要执行多少次，改成连接后，先过滤符合和 tab0 条件的，这样就大大减小了对 tab0 的扫描次数。
3、标量子查询自动转换适用场景
从上述测试的结果来看，在 12C 版本中，标量子查询因为优化器会自动改写所以性能将大大提高，也省去了我们在 11G 对标量子查询的优化中手工改成外连接。那是不是在 12C 中所有标量子查询都会自动改写转换呢？下面我们来测试几个场景看看。
场景1
如上章节，聚合函数 MAX，我们知道优化器自动改写了 SQL，性能也大大提高了。
场景2
聚合函数 count
set linesize 150 alter session set statistics_level=all; select distinct b.object_type, (select count(1) from tab1 a where a.object_type =b.object_type) max_id from tab0 b; select *from table(dbms_xplan.display_cursor(null,null,'allstats last'));
执行计划信息：
由此可见 count（1）并没有发生自动改写转换，我们用 10053 事件分析为什么没有发生自动改写：
kkqctdrvTD-start on query block SEL$1 (#0) kkqctdrvTD-start: : call(in-use=2032, alloc=16344),compile(in-use=112416, alloc=115544), execution(in-use=3432, alloc=4032) SU: bypassed: Scalar subquery has null-mutatingselect item. kkqctdrvTD-cleanup: transform(in-use=0, alloc=0) : call(in-use=2032, alloc=16344),compile(in-use=113088, alloc=115544), execution(in-use=3432, alloc=4032) kkqctdrvTD-end: call(in-use=2032, alloc=16344),compile(in-use=113288, alloc=115544), execution(in-use=3432, alloc=4032) SJC: Considering set-join conversion in query blockSEL$1 (#1)
从 trace 文件中，我们可以看出 Oracle 无法转换的原因是有空值，优化器在此步不能转换。
场景3
没有聚合函数
set linesize 150 alter session set statistics_level=all; select b.object_id,(select a.object_name from tab1 a where a.object_id = b.object_id)from tab0 b; select *from table(dbms_xplan.display_cursor(null,null,'allstats last'));
执行计划信息：
由此可见，如果不是聚合函数在 12C 优化器也不会自动改写转换。
4、12C 标量子查询案例
下面是来自某银行系统的真实案例模拟，数据库 SQL 代码是从 11g 中直接拿来在 12C 中使用，运行出现报错。运行环境是在 IBM 小机上的，数据库版本是12.1.0.2。
create table tab4 (ck date); create table tab3(lob varchar2(10) not null, uk number not null); create table tab2 (pk_claim number not null, crt_data date);
Fri Feb23 10:11:57 2018 Exception [type: SIGSEGV, Address not mapped to object] [ADDR:0x0] [PC:0x3B682D6,qcsogolz()+70] [flags: 0x0, count: 1] Errors infile /u01/app/oracle/diag/rdbms/zxdb/zxdb/trace/zxdb_ora_3964.trc (incident=91434): ORA-07445: exception encountered: core dump [qcsogolz()+70][SIGSEGV] [ADDR:0x0] [PC:0x3B682D6] [Address not mapped to object] [] Incident details in: /u01/app/oracle/diag/rdbms/zxdb/zxdb/incident/incdir_91434/zxdb_ora_3964_i91434.trc Use ADRCIor Support Workbench to package the incident. See Note411.1 at My Oracle Support for error and packaging details. Fri Feb23 10:12:06 2018 Dumping diagnostic data in directory=[cdmp_20180223101206], requested by (instance=1,osid=3964), summary=[incident=91434]. Fri Feb23 10:12:11 2018 Sweep [inc][91434]: completed Sweep [inc2][91434]: completed
当我们做 insert 时，插入失败，同时会话自动断开，在 alert 日志信息出现 ORA-07445 错误，尝试在 session 级别关闭标量子查询的自动转换功能，alter session set "_optimizer_unnest_scalar_sq"=false;
可以看到并没有报错，可以插入成功。
当然我们也可以用 no_unnesthint 强制关闭标量子查询的展开。
由上案例我们可知道，在 12C 中，标量子查询自动改写的功能是有隐含参数_optimizer_unnest_all_subqueries 控制，默认是 true，意味着开启，如果遇到 bug，出错或者在自动改写转换后出现性能问题时，可以先尝试更改为 false，或者用hint(no_unnest) 避免子查询展开。
5、总结
① 12C 标量子查询优化器可以实现自动改成一个外连接，仅仅出现在一些聚集函数；
② 并不是所有的聚集函数都会出现，比如 count；
③ 如果连接列中中出现一些空值，优化器是不会自动改写转换的。因为结果不等价；
④ 子查询中没有聚集函数（AVG, MAX, MIN, STDDEV, VARIANCE, SUM, COUNT, MEDIAN）优化器是不会自动改写转换的；
⑤ 12C 标量子查询优化器自动转换受_optimizer_unnest_scalar_sq 参数的控制；
⑥ 如果在 12C 中，标量子查询优化器自动转换导致了 SQL 语句遇到 bug，出错或者再出现性能问题，可以用 alter session set "_optimizer_unnest_scalar_sq"=false 将其关闭此功能，或者用 hint no_unnest 来避免子查询展开。
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