IS NOT NULL的优化

1. 问题提出

客户系统有这样一条SQL，脱敏后如下：

SELECT NVL(MAX(T1.CREATED),SYSDATE) FROM DUAL LEFT JOIN TEST11 T1
ON T1.OWNER=’OUTLN’ AND OBJECT_TYPE IS NOT NULL;

SQL是TEST11表和DUAL表相关联，WHERE条件中OWNER字段有索引，SQL走了该字段索引范围扫描的执行计划，单次执行逻辑读2117。SQL执行频率非常高，一分钟数万次。执行计划如下：

2. 初步优化

WHERE条件有两个【OWNER=’OUTLN’】和【OBJECT_TYPE IS NOT NULL】，查询取出来的字段是CREATED，考虑创建OWNER+OBJECT_TYPE+CREATED三列联合索引，可以消除回表的成本，创建索引后逻辑读由2117降为82。执行计划如下：

3. 极致优化探究 – 索引原理

继续分析该SQL, 发现其实从逻辑上来说，SQL仅需要时间列CREATED的最小值，至于其他值是什么并不重要。那么是否有一种方法可以只取出最小值，而忽略掉其他数据呢？ 如果可以做到那么逻辑读就会进一步降低。
考虑一下索引的结构：索引由根节点块(root block)、枝块（branch block）和叶子块（leaf block）组成，索引的数据在叶子块里是顺序排列的。也就是说最小值的数据会保存在索引块的最小那一端。理论上来说，完全可以从叶子块的其中一段取一个块，就可以得到特定索引的最小值。

4. 简化版取min/max索引优化

为了更好理解，我们把问题简化成取表里CREATED最小值（或者最大值）。
需要取得TEST11表CREATED的最大/最小值：

SELECT MAX(CREATED) FROM TEST11;

假设存在CREATED字段的索引，那么完全可以只取叶子块的最靠边的一个块，就能得到所需要的的值。

下面做一个测试，创建一个测试表：

create table test11 tablespace DATA_TS as select * from dba_objects where rownum <1000;

begin 
for i in 0..10 loop
insert /*+append */into test11 select * from test11;
commit;
end loop;
end;
/

创建一个CREATED的索引，然后运行之前简化的SQL。根据索引原理可以判断应该需要3-4个逻辑读：分别是Root节点开始–>找最右边的Branch(可能是0-2个,根据索引的层级)–>再找到最右边的Leaf Block。
执行如下，结果和我们之前设想的一样，执行计划走的是INDEX FULL SCAN(MIN/MAX)。

设想稍微复杂一点场景：假设需要得到的是符合指定的条件的最大CREATED值呢？
如果我们需要取的是符合OWNER = 'OUTLN’的最大CREATED值。SQL如下：

SELECT MAX(CREATED) FROM TEST11 WHERE OWNER = 'OUTLN'; 

如果存在(OWNER,CREATED)组合索引，数据库就可以利用类似的方法只取其中一个叶子节点。执行计划走的是INDEX RANGE SCAN(MIN/MAX)，逻辑读是3：

那么假如是SELECT MAX(CREATED) FROM TEST11 WHERE OWNER= ‘OUTLN’ AND OBJECT_TYPE =‘TABLE’ ，就需要新的索引(OWNER,OBJECT_TYPE,CREATED)来完成同样的动作。执行计划走的是INDEX RANGE SCAN(MIN/MAX)，需要3个逻辑读：

也就是说，必须条件中的列和索引前导列完全匹配，然后取的索引里最后一列的MAX/MIN值，它就可以走最优的INDEX RANGE SCAN (MIN/MAX)索引。

5. 转化IS NOT NULL条件到索引中

回到原始的SQL：

SELECT NVL(MAX(T1.CREATED),SYSDATE) FROM DUAL LEFT JOIN TEST11 T1
ON T1.OWNER=’OUTLN’AND OBJECT_TYPE IS NOT NULL;

原始SQL中除了OWNER=’OUTLN’,还有一个OBJECT_TYPE IS NOT NULL，直接创建 (OWNER,OBJECT_TYPE,CREATED)联合索引消耗逻辑读82，并不能达到最优的效果，因为OBJECT_TYPE IS NOT NULL不能对应到索引的一个特定值，执行计划如下：

我们需要把OBJECT_TYPE IS NOT NULL的条件固化成一个特定的值，这样就可以匹配索引中的特定值了。SQL需要改写一下:

1) 去掉DUAL, 并不会影响结果集：

SELECT NVL(MAX(T1.CREATED),SYSDATE) FROM TEST11 T1
WHERE T1.OWNER=’OUTLN’AND OBJECT_TYPE IS NOT NULL;

2) 把OBJECT_TYPE IS NOT NULL变成一个特定值，这里用了CASE WHEN，SQL变成：

SELECT MAX(CREATED) FROM TEST11
WHERE OWNER ='OUTLN'
AND CASE WHEN OBJECT_TYPE IS NOT NULL THEN 1 END = 1;

3) 创建一个函数索引。也就是说OBJECT_TYPE IS NOT NULL的记录在索引中存储为1。如下：

CREATE INDEX IDX_TEST11_MAX ON TEST11(OWNER,CASE WHEN OBJECT_TYPE IS NOT NULL THEN 1 END,CREATED) PARALLEL 4 NOLOGGING;
ALTER INDEX IDX_TEST11_MAX NOPARALLEL;

此时执行计划如下，逻辑读降为3：

6. 优化结果

为生产SQL创建CASE WHEN索引并改写SQL后逻辑读降为75，并没有走上最优的INDEX RANGE SCAN (MIN/MAX)执行计划，这是因为这种写法MAX(T1.CREATED)被放在最外层，也就是说对MAX的取值是基于关联后的结果集而不是基于TEST11表。

SQL是TEST11和DUAL做关联，取NVL(MAX(T1.CREATED),SYSDATE)的值，即使没有数据也会返回SYSDATE的值，去掉DUAL表不影响，去掉DUAL表后SQL逻辑读降为3：

最终完成了一个高频SQL从2117到3的极致优化，提升达数百倍。

IS NULL的优化

系统中还发现另一个SQL, 脱敏后SQL如下：

UPDATE TEST T
SET T.TCODE = (SELECT T1.TCODE FROM TEST1 T1 WHERE T.SCODE = T1.SCODE)
WHERE T.TCODE IS NULL
AND EXISTS (SELECT 1 FROM TEST1 T2 WHERE T.SCODE = T2.SCODE)

SQL走的是全表扫描的执行计划，TEST表数据量1100万，每次更新数据0条。执行计划最慢的步骤是ID=3的TEST表全表扫描步骤。WHERE条件中TCODE IS NULL可以过滤掉所有数据，但是我们知道NULL值是不存在索引中的，一般情况下IS NULL只能走全表，如果全表数据非常多SQL性能就会很差。和IS NOT NULL同样的思路，能不能让这部分过滤性非常好的NULL值存在索引中呢？

SElECT * FROM TEST WHERE TCODE IS NULL;

no rows selected

也就是换个思路，用个函数把NULL值转为一个表中该字段不存在的固定值(假设0)，非NULL值的转为NULL。这样索引中存储的就是原先的NULL值，也就是经过函数转换后的0，这样可以保证索引最小化，因为原本IS NOT NULL的数据不存在其中。
转换如下：CODE IS NULL <==> CASE WHEN TCODE IS NULL THEN 0 END

使用CASE WHEN而不使用NVL(TCODE,0)函数是为了将索引最小化，因为原有的TCODE存在的值不用保存到索引中,同时也不用考虑NVL之后可能和原有的值相同的情况。

创建函数索引并修改原SQL，逻辑读由原来的80多万降为1：

CREATE INDEX IDX_YHEMTEST ON TEST(CASE WHEN TCODE IS NULL THEN 0 END);

UPDATE TEST T
   SET T.TCODE = (SELECT T1.TCODE FROM TEST1 T1 WHERE T.SCODE = T1.SCODE)
 WHERE CASE WHEN T.TCODE IS NULL THEN 0 END = 0
   AND EXISTS (SELECT 1 FROM TEST1 T2 WHERE T.SCODE = T2.SCODE)

经优化，该SQL性能提升数万倍。