数据库是许多应用程序的核心，对于存储和检索数据至关重要。 但是，尽管数据库很重要，但它们很容易出现性能问题，从而影响应用程序性能。 在这篇文章中，我们介绍了五个最常见的数据库性能问题及其修复程序。
1. 缺乏索引
索引是数据库性能的关键组成部分。 索引本质上是一种数据结构，允许数据库快速查找特定数据。 当数据库缺少索引时，可能会导致查询速度变慢和整体性能不佳。
假设我们有一个包含四个表的数据库：tbl_Classroom、tbl_Class、tbl_Student 和 tbl_Session。 tbl_Classroom表包含有关每个教室的信息，例如其建筑物名称和房间号。 tbl_Class表包含有关每个班级的信息，例如其班级名称和分配的教师。 tbl_Student表包含有关每个学生的信息，例如他们的姓名和学生 ID。 tbl_Session表包含有关每个课堂会话的信息，例如日期、时间和教室。
图1 – 非索引数据库
如果没有索引，对此数据库的查询可能会很慢且效率低下，尤其是在数据库大小增长时。 但是，通过添加适当的索引，我们可以显著提高查询性能。
首先，我们可以将索引添加到tbl_Classroom表中Classroom_ID列。 此索引将允许数据库按 ID 快速查找特定教室，这对于“查找 ID 为 4 的教室中发生的所有课程”等查询非常有用。
图2 – 添加了tbl_Classroom PK
接下来，我们可以向tbl_Class表的Class_ID和course_code列添加一个索引。 此索引将允许数据库通过其 ID 或课程代码快速查找特定类，这对于“使用 ABC123 course_code查找所有类”或“按 Class_ID 17262 查找所有类”等查询非常有用。
图3 – 添加tbl_Class键
我们还可以在学生表的学生 ID 列中添加索引。 此索引将允许数据库通过其 ID 快速查找特定学生，这对于“查找 ID 为 12345 的学生”等查询非常有用。
图4 – 添加了tbl_Student PK
最后，我们可以向tbl_Session表的类 ID 列添加一个索引。 此索引将允许数据库快速查找特定类的所有会话，这对于“查找 Session_ID 5628 的所有会话”等查询非常有用。
图5 – 添加了tbl_Session PK
通过添加这些索引，对此数据库的查询应该更快、更高效。 确切的性能改进将取决于数据库的大小和正在执行的特定查询，但索引可以显著提高数据库性能。
此问题的解决方法很简单：确保所有表都有适当的索引。 首先确定最常查询的列，并为这些列创建索引。 此外，请考虑使用复合索引，复合索引是跨多个列的索引。 下图显示了具有索引和关系的示例数据库，允许编写非常快速有效的数据库查询，并且可以在 API 查询中使用以提供来自远程系统的数据访问。
使用表之间的一对多关系，我们可以编写有效的查询，以根据表之间的连接来提取相关数据。 这使我们能够减少重复的数据（例如，无需将学生的姓名存储在tbl_Session表中），从而减少了数据库在查询期间需要存储和遍历的数据量。
图6 – 索引数据库
2. 查询效率低下
低效查询是另一个常见的数据库性能问题。 当查询需要数据库执行大量工作来检索数据时，会发生低效查询。 当查询编写不当、检索不必要的数据或未针对数据库架构进行优化时，可能会发生这种情况。
使用我们学校数据库的低效查询的一个示例如下：-
选择 * 从会话，其中class_name类似于“%历史记录%”
此问题的解决方法是确保针对数据库架构优化所有查询。 这可能涉及重写查询以最大程度地减少所需的工作量、使用适当的联接以及减少检索的数据量。
此查询从会话表中检索所有记录，其中class_name列包含单词“历史记录”。 但是，在搜索词之前和之后使用“%”通配符会使此查询非常慢，尤其是在会话表很大的情况下。 数据库需要扫描会话表中的每一行，并针对每一行评估 LIKE 运算符，这可能非常耗时。
此查询的更有效版本是使用索引的更有针对性的方法。 查询的索引数据库版本将是，例如：-
选择 * 从会话，其中 Class_ID = 123
此查询从会话表中检索Class_ID列等于 123 的所有记录。 如果对Class_ID列编制了索引，则此查询的执行速度比上一个查询快得多，因为数据库可以快速找到相关行。
通常，最好避免在 SQL 查询中使用通配符（如“%”），因为它们可能会导致性能缓慢且效率低下。 相反，请尝试使用利用索引来提高查询性能的目标查询。
3. 数据类型不正确
数据类型是数据库设计的重要组成部分。 选择错误的数据类型可能会导致性能不佳和存储空间浪费。 例如，对应为整数的字段使用 varchar 数据类型可能会导致性能问题。
此问题的解决方法是确保所有数据类型都适合它们存储的数据。 查看数据库架构并确保每列都使用正确的数据类型。 此外，请考虑使用数据压缩来降低存储要求。
确定数据库字段的适当大小对于数据库设计和性能至关重要。 以下是调整数据库字段大小的一些最佳实践：-
了解数据
在定义字段大小之前，必须了解将存储在字段中的数据。 例如，如果要设计一个字段来存储名称，则应考虑名称的长度以及它们是否可以包含特殊字符。 同样，如果要设计一个字段来存储电话号码，则应考虑是否将存储国际号码。
使用尽可能小的尺寸
定义字段大小时，最好使用可以容纳数据的最小大小。 例如，如果要存储布尔值，则字段大小为 1 位就足够了。 同样，如果要存储短字符串值，则可以使用适当大小的 varchar 字段，而不是较大的文本字段。
留出增长空间
虽然使用尽可能小的大小很重要，但您还应该留出增长空间，以防数据扩展。 例如，如果要存储客户的电子邮件地址，则应允许字段大小，以适应将来电子邮件地址格式的潜在更改。
考虑性能
数据库字段的大小会影响数据库性能。 较大的字段可能会占用更多存储空间，而访问较大字段的查询可能需要更长的时间来执行。 因此，必须平衡字段大小与性能注意事项。
不要依赖最大限制
大多数数据库系统对字段大小都有最大限制，但最好不要依赖这些限制。 相反，请设计具有特定用途的字段，并根据存储的数据定义适当的大小。
通过遵循这些最佳实践，您可以适当调整数据库字段的大小并优化数据库性能，同时为未来的增长留出空间。
4. 缺乏维护
缺乏维护是一个常见问题，可能会导致严重的数据库性能问题。 定期维护活动（如备份、更新和优化）对于确保数据库平稳高效地运行至关重要。 以下是维护健康数据库所必需的关键维护活动：
数据库备份
数据库备份是最关键的维护任务之一。 备份允许您在发生硬件故障、软件损坏或任何其他灾难性事件时还原数据库。 如果没有定期备份，您可能会丢失所有数据，这对您的业务来说可能是灾难性的。 必须有一个备份计划，以确保定期备份数据，并将备份存储在安全的位置。
数据库更新
数据库更新对于确保数据库软件与最新的修补程序和错误修复保持同步至关重要。 无法更新数据库可能会导致安全漏洞、软件错误和其他可能影响数据库性能的问题。 定期更新还可以提高数据库的稳定性和可靠性，确保其平稳高效地运行。
数据库优化
数据库优化涉及微调数据库设置以确保其高效运行。 这包括重建索引、更新统计信息和对数据库进行碎片整理等任务。 定期优化可以减少执行查询所需的时间并最大限度地减少数据库停机时间，从而显著提高数据库性能。
监视和性能调整
定期监视数据库对于及早发现性能问题至关重要。 通过监视数据库，可以检测查询执行缓慢、CPU 使用率高和磁盘空间问题等问题。 确定问题后，可以采取措施通过调整数据库设置、添加硬件资源或优化查询来调整数据库性能。
5. 硬件限制
硬件限制可能会对数据库性能产生重大影响。 硬件资源（如 RAM、硬盘空间和 CPU）在确定数据库处理数据的效率方面起着关键作用。 让我们仔细看看一些可能影响数据库性能的常见硬件限制：
内存不足
RAM 是数据库服务器的关键组件。 它存储经常访问的数据和查询执行计划，允许数据库快速响应用户请求。 如果数据库服务器没有足够的 RAM，它可能会求助于将硬盘用作虚拟内存，这会显著降低数据库性能。 在极端情况下，数据库服务器甚至可能由于内存不足而崩溃。
有限的硬盘空间
硬盘空间是数据库服务器的另一个关键资源。 数据库需要大量的磁盘空间来存储数据和日志文件。 如果硬盘空间不足，数据库可能会停止响应，或者用户可能无法将数据保存到数据库中。 必须定期监视磁盘空间使用情况并确保始终有足够的可用空间。
处理器不足
CPU 通过处理查询和其他数据库操作，在数据库服务器的性能中起着关键作用。 如果 CPU 不足，可能会导致查询执行缓慢和数据库性能下降。 在某些情况下，升级 CPU 可以显著提高数据库性能。
硬件限制可能会对数据库性能产生重大影响。 必须确保数据库服务器具有足够的 RAM、硬盘空间和 CPU 来支持工作负载。 定期监视硬件资源并在必要时对其进行升级有助于保持最佳数据库性能。
如何解决这些问题和问题
有几种工具和技术可用于识别慢速 SQL 查询和优化数据库性能。 以下是一些例子：-
数据库分析工具
许多数据库管理系统都带有内置的分析工具，可用于监视 SQL 查询性能。 这些工具可以帮助识别慢查询、分析查询执行计划和跟踪资源利用率。 例如，MySQL提供了EXPLAIN 语句，允许您查看数据库如何执行特定查询。
查询日志记录
启用查询日志记录还有助于识别慢速 SQL 查询。 启用查询日志记录后，数据库将记录系统上执行的所有 SQL 查询及其执行时间。 可以分析此数据以识别执行时间过长的查询，并确定它们运行缓慢的原因。
性能监控工具
有许多性能监视工具可以帮助识别缓慢的 SQL 查询。 这些工具实时监控系统性能，并可以识别导致性能问题的查询。 例如，New Relic和Datadog是支持数据库监控的流行性能监控工具。
SQL 事件探查器
SQL 探查器是专用工具，可以通过分析查询执行计划、性能指标和其他因素来帮助识别缓慢的 SQL 查询。 这些工具可以提供有关查询性能的详细见解，并帮助确定优化机会。
AWR 报告
AWR（自动工作负载存储库）报告是 Oracle 数据库的一项功能，可帮助识别慢速 SQL 查询。 这些报告捕获有关数据库的详细性能数据，并可用于识别消耗最多资源的 SQL 语句。
识别慢速 SQL 查询
识别对优化数据库性能至关重要的慢速 SQL 查询。 使用分析工具、查询日志记录、性能监视工具、SQL 探查器和 AWR 报告等工具可以帮助识别慢查询并提高数据库性能。 通过分析查询执行计划、性能指标和其他因素，您可以确定优化机会并优化数据库以获得更好的性能。
结论
数据库性能问题可能难以诊断和修复。 但是，通过解决最常见的问题，可以显著提高数据库性能。 总而言之，请确保所有表都具有适当的索引，优化数据库架构的查询，选择适当的数据类型，使用分析和监视工具来识别问题，并针对数据库性能优化 API 设计。
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