数据库是如何获取并处理数据的

SQL是结构化查询语言(Structured Query Language)的简称，用户只需要通过SQL告诉数据库需要什么，至于怎么去做就是数据库管理系统(DBMS)需要考虑的问题。

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上篇文章《SQL语句处理》介绍了数据库执行的四个阶段，每个阶段都做了什么工作。今天这篇文章继续探讨数据库是如何获取到用户所需的数据。

如下所探讨的内容仅适用于Oracle单机环境，RAC环境稍有不同，不在本篇讨论范围内。

数据库的所有操作增、删、改、查都是在内存中完成的，为了处理数据，数据库首先需要将数据从磁盘读取到内存中，然后进行相应的操作。但是内存和磁盘的读写速度有着天壤之别。DDR4内存读写速度大概50G每秒(50000M)，固态硬盘速度是300M每秒，是内存的二百分之一，机械硬盘的速度是100M每秒，是内存的五百分之一。为了解决两者之间的速度差的问题，诞生了缓存的概念。缓存的作用就是避免每次获取数据时都从缓慢的磁盘读取，而是将之前访问过的数据缓存在内存中，后续操作如果需要相同数据时，直接从内存获取，大大提升读取速度。

Oracle内存结构中有一个很重要的结构叫做DB Buffer Cache，DB Buffer Cache位于SGA中，正常系统中此部分内存占整个Oracle内存结构大绝大部分。如果DB Buffer Cache很大，几十G，甚至是几百G，每次在其中搜索所需的块是否存在，也需要很长的时间，因此，为了提高效率，Oracle将DB Buffer Cache划分为多个区域，每个区域称为一个工作集(workset)，每个工作集又被划分为多个hash buckets，一个hash buckets管理着一个或多个数据块。为了保证数据的一致性，hash buckets访问是串行的，由相应的latch保护，只有获取到相应的latch的会话才能到hash buckets上搜索数据块。

1、查询语句的执行

假设有如下查询语句：

SELECT * FROM employees WHERE employee_id=199;

表employees表结构如下，employee_id是表的主键。

先看下上述sql语句的执行计划

首先根据索引EMP_EMP_ID_PK查找employee_id=199键，获取到键所对应的值ROWID，ROWID指向数据块的真实地址。通过ROWID获取数据块，获取到数据块后，再从数据块中获取符合条件的数据。在此过程中至少需要访问两个数据块(为了简化过程，忽略其他数据块)，一个是键为199索引块，假设为100号块；另一个是索引块所指向的数据块，假设为1000号块。

前面缓存介绍中提到，为了提升数据的访问速度，Oracle会将访问过的数据块缓存到DB Buffer cache中，以备重复使用。因此上面获取100号索引块的时候，需要先到DB Buffer cache中查找100号索引块是否已存在，以减少昂贵的磁盘读。在搜索DB Buffer cache前，必须获取相应的latch后才能进行搜索。如果未获取到latch，此时会进入等待。待获取到latch后便可以对DB Buffer cache搜索。

如果100号索引块已存在于内存中，且没有会话正在修改数据块内容，直接访问内存中的数据块，获取键为199的数据。如果有会话正在修改此数据块内容，则需要通过undo数据和当前的数据块构造一个一致性读版本的数据块，来读取会话修改前的历史版本数据。

如果100号索引块不在内存中，首先判断是否有其他会话正在将100号索引块读入内存，如果是，则等待。否则通知后台进程将100号索引块从磁盘读入内存，在将100号索引块读入内存前，需要在内存中找到一块合适的空闲块，以便保存即将读入的100号索引块。搜索空闲块时同样需要获得latch。

如果内存中没有空闲的空间，则通知后台刷新进程刷新脏页，以腾出空闲空间。

如果内存中有空闲的空间，直接将100号索引块读入内存。获取到ROWID后，再去读取数据块，读取数据块的过程同读取索引块，读取到数据块后再从数据块中获取符合条件的行，返回给客户端。

2、DML语句执行

假设有如下更新语句：

UPDATE employees SET first_name='Hello',last_name='Kitty' WHERE employee_id=199;

update语句执行计划如下：

DML语句都存在相应的查询过程，因为只有查询到了所需要修改的数据，才能进行相应的操作。查询的过程大致与查询语句执行过程相同。但也有如下不同点：

获取latch时，如果是只读操作，多个会话可以同时获取相同的latch，如果是DML操作，则不可以同时获得。

只读操作多个会话可以同时读取同一个数据块，DML操作则不可以多个会话同时修改同一个数据块。

获取到数据块后进行相应的操作，并记录对应的undo信息和redo log信息，完成update操作。

本文标题：数据库是如何获取并处理数据的
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