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SQL – Where and Having

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Um destes dias, enquanto tentava perceber porque razão um dos meus servidores ficava subitamente tão lento (e que por muito pouco não foi formatado e reinstalado), percebi que existia uma query bastante lenta a ser executada.

Depois de mais alguma análise, percebi que essa query era do um software que estava a utilizar, e que o request era feito pelo Googlebot. Trata-se de um software opensource, que não vou identificar, até porque o site em que estava a utilizar esse software já foi entretanto migrado para a Mason Framework.

Mas, depois de uma breve vista de olhos à query em questão, foi fácil perceber qual o problema. Trata-se de uma query com um GROUP BY seguindo de um HAVING, e ainda um JOIN implicito (feito colocando as várias tabelas no FROM, sem a clausula JOIN). A titulo de exemplo, digamos que a query era qualquer coisa do tipo:


SELECT username FROM user, post, votes GROUP by user.id HAVING votes_user_id=user_id AND post_id=votes_post_id AND post_status='online' AND votes_date<post_publish_date

Vejamos quais são os problemas desta query…

  1. Primeiro temos o JOIN. O que acontece quando metemos várias tabelas no FROM de uma query, daquela maneira, é que o MySQL (ou qualquer outro motor de SQL que suporte esta sintaxe) agarra em todos de cada uma das tabelas e combina-os, criando uma tabela gigante, com uma linha por cada conjunto de registos de cada uma dessas tabelas.
  2. Depois temos o HAVING… repararam que as condições no HAVING são as condições do JOIN das tabelas? Mas, mais do que isso, repararam que vários do campos utilizados no Having não fazem parte do group by, nem da tabela pela qual o group é feito?

Vejamos o que acontece quando esta query é executada.

Join Cartesiano

Antes de mais, temos a questão das várias tabelas no FROM, sem o JOIN. Exemplifiquemos o que acontece:

Suponhamos que temos duas tabelas com um campo cada, tab1tab2:

tab1


tab1_c1
1
2
3

tab2


tab2_c1
a
b
c

Neste caso o resultset terá 9 linhas: 
tab1_c1, tab2_c1
1, 1
1, 2
1, 3
2, 1
2, 2
2, 3
3, 1
3, 2
3, 3

Inner JOIN

Inicialmente (querendo isto dizer há muito tempo atrás), a única forma de fazer JOINs em MySQL era esta, utilizando depois condições no WHERE para filtrar a listagem. MAs há já muito tempo que isto mudou. O MySQL permite utilizar a clausula JOIN para unir tabelas.

Imaginemos, no caso acima, que queremos apenas da segunda tabela os registos em que o campo tab2_c1 tem o mesmo valor que o campo tab1_c1 (da primeira tabela). Nesse caso, com um JOIN:


SELECT tab1_c1, tab2_c1 FROM tab1 JOIN tab2 ON tab1.tab1_c1=tab2.tab2_c1;

E deste SELECT resultam apenas 3 linhas:


tab1_c1, tab2_c1
1,1
2,2
3,3

A isto chamamos INNER JOIN.

GROUP by

Em SQL a clausula GROUP BY agarra num resultset (ou nos registos de uma tabela) e agrupa-os de acordo com o valor de um campo (ou de uma lista de campos), criando apenas um registo por cada grupo de linhas que tenham os campos indicados.

A grande questão com o GROUP by é o que acontece com os campos que não são utilizados no GROUP by.

Muitos motores de SQL (como o do Oracle) apenas permitem utilizar num group campos que estejam no group by e funções de grupo (como o SUM, MAX, MIN, etc). O MySQL assume que sabemos o que estamos a fazer e permite-nos utilizar qualquer campo das tabelas utilizadas na query.

O que acontece, no entanto, é que se um dos campos utilizados tiver mais do que um valor dentro do grupo, o valor que aparece no resultset é um qualquer dos vários possível.

Na verdade não é um qualquer, e conhecendo várias coisas acerca das tabelas envolvidas (como a Engine utilizada -InnoDB, MyISAM, etc), a ordem porque os registos estão no disco, e outras, uma pessoa que conheça bem o MySQL consegue prever qual o valor que vai aparecer para cada grupo, mas para o comum dos mortais o valor é práticamente imprevisivel.

Claro que se estamos a fazer um join de várias tabelas, em que um campo (único) de uma delas é o valor porque estamos a agrupar, todos os restantes campos dessa tabela são garantidos. Mas isso não acontece se o GROUP by utilizar um campo não único (que tenha valores repetidos), ou se os campos que estivermos a colocar no SELECT forem de outra tabela.

Imaginemos que nas nossas tabelas de exemplo, fazemos o seguinte: 
SELECT tab1_c1, tab2_c1 FROM tab1, tab2 GROUP by tab1_c1;

Deste query podem resultar vários resultados, sendo um dos possíveis (e dos mais prováveis se criarmos as tabelas de novos e inserirmos os valores por ordem, sem deletes ou updates):


tab1_c1, tab2_c1
1,1
2,1
3,1

Por aqui já conseguimos facilmente perceber que nos estamos a desviar do caminho que pretendiamos com o join que demonstramos antes.

HAVING

O SQL prevê duas clausulas distintas que permitem filtrar um dataset. A mais conhecida, obviamente, é o WHERE. A segunda é o HAVING.

A diferença entre o WHERE e o HAVING é o momento em que cada uma delas é executada, o momento em que as condições por elas definidas são aplicadas.

O WHERE é aplicado ao criar o result set, e o HAVING é aplicado sobre o result set final. Em MySQL o HAVING pode ser utilizado numa query sem GROUP by. A titulo de exemplo, assumindo que o campo tab1_c1 e o campo tab2_c1 são PRIMARY KEYs de cada uma das tabelas em questão, utilizar o WHERE para filtrar estas tabelas utiliza o indice, utilizar o HAVING não utiliza nenhum indice e, pior, é aplicado sobre o resultset final, filtrando registo a registo.

Mas quando se utiliza o GROUP by e um HAVING em campos que não são únicos no resultset antes de agrupado, o resultado é ainda mais… imprevisível.

Voltemos ao JOIN acima, e vamos fazer as clausulas no Having, depois de um group by:


SELECT tab1_c1, tab2_c1 GROUP by tab1_c1 HAVING tab1_c1=tab2_c1;

Se não tivessemos visto o resultado do GROUP by acima ou não soubessemos quando é que o HAVING , poderiamos achar que chegariamos ao resultado que pretendemos (o do JOIN, acima). Mas a verdade é o result set a que chegamos é: 
tab1_c1, tab2_c1
1,1

Ops, não era bem isto que queriamos. Para chegar ao resultset que queriamos, as condições têm, obviamente, que ser executadas antes do GROUP by… logo, têm de ser executados num WHERE, e não num HAVING.

Leitura e Execução

O SQL tem uma coisa fantástica… os comandos são executados pela ordem que se encontram na query (e, claro, não podem ser colocados na query pela ordem errada – um HAVING não pode aparecer antes de um WHERE).

Se retirarmos uma qualquer parte final da query, mantendo toda a query inalterada até essa remoção, se a query continuar válida, tudo o que faz até aí continua a ser feito. Claro que há situações em que o que aparece depois pode alterar a performance (positiva ou negativamente) do que está antes.

Por exemplo, um WHERE que utilize indices pode reduzir o tamanho do resultset e o tempo que a query demora a terminar. Isto é especialmente verdade com JOINs de várias tabelas, e quando mais no inicio do JOIN se encontrar a tabela filtrada, mais a rapidez do query melhora (por consequência da redução do resultset criado).

Nota final

O software em que encontrei a query que serve de inspiração a este post é razoavelmente utilizado, e tratava-se de uma versão de desenvolvimento. Obviamente o query não chegou à versão 1.0, que pode ser encontrada no site do software hoje.

Mas ainda assim achei que era um tema relevante.


MySQL – Where e Indices

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Quando se desenvolve para web, a utilização de bases de dados é grande parte do dia a dia. Especialmente quando se tem o prazer de trabalhar em projectos diferentes regularmente.

E quando se trabalha com bases de dados cujos tempos de resposta são críticos, a relação entre os índices existentes na base de dados e os campos utilizados para filtrar os registos é critica.

Dependendo do motor de base de dados utilizado, o tipo de indices e condições de filtragem (clausula WHERE do SQL) podem variar. No entanto (quase) todos têm em comum três tipos de índices: Primary KeyUniqueIndex (ou Key).

No caso particular do MySQL existe ainda um quarto tipo de índice que é o Fulltext, que tem equivalente no Context do Oracle, e um equivalente no MS SQL Server.

É importante conhecer estes quatro tipos de índices para sabermos o que esperar e quando utilizar cada um deles.

Tipos de Índices

Primary Key

Um índice do tipo Primary Key é a chave primária de um registo, o identificador único do registo. Um campo (ou conjunto de campos) sobre o qual seja criado um índice deste tipo não pode ter qualquer valor repetido, e não pode ter qualquer valor NULL (campo vazio).

Utilizar um valor presente neste tipo de índice é normalmente a forma mais rápida de encontrar um registo.

Dependendo do motor de base de dados, e da definição da base de dados, muitas vezes a primary key de uma tabela é um campo cujo valor é auto-incremental, isto é, o valor do campo para o próximo registo é igual ao valor do campo no ultimo registo inserido mais um valor de incremento (normalmente 1, mas pode variar). No caso de motores de bases de dados que não suportam campo auto-incrementais (como o Oracle), existem normalmente funcionalidades que permitem encontrar um valor para atribuir a estes campos (como as SEQUENCEs, ainda no Oracle).

A questão é que para estes campos, o valor nunca se repete, e nunca pode ser NULL (vazio), pelo que o valor do campo pode ser sempre utilizado para aceder ao registo.

Chaves Únicas (UNIQUE)

O segundo tipo de índices são as Chaves Únicas (UNIQUE). Estas chaves, tal como asPrimary Key nunca podem ter valores repetidos. Mas ao contrário destas podem ter registos com valores NULL (vazios).

Com isto conseguimos ter uma forma de aceder sempre a um determinado registo da base de dados, mas sem sermos obrigados a atribuir sempre um valor a este campo.

Índices normais (KEY ou INDEX)

O terceiro tipo de índices permitem valores repetidos e valores NULL. Ao contrário das chaves únicas, estes índices destinam-se a encontrar numa tabela vários registo que partilham um mesmo valor (ou conjunto de valores), e não um único registo, ou para criar listagens ordenadas.

Não existem muitas regras que não se possam violar quando se criam este tipo de índices, mas não é normalmente considerado muito vantajoso criar índices que não permitam dividir os registos na base de dados em vários grupos.

Por exemplo, criar um índice num campo de tipo lógico cujos valores possíveis sãoverdadeiro ou falso, e em que o número de registo são mais ou menos semelhantes para um e outro valor, ou em que o valor porque normalmente se efectuam a maioria das listagens é o que tem mais registos não é muito relevante em termos de performance (na maioria dos caso).

Ao contrário, se a maioria dos valores são únicos, e especialmente se queremos ordenar as listagens de acordo com os valores desse campo, a criação de um indice é uma mais valia indesprezável.

Indexar todos os campos, também não é, por norma, uma tarefa muito proveitosa. O tamanho ocupado pelos índices duma tabela deve ser o menor possível, assim como o seu número, por forma a reduzir as possibilidades de índices utilizáveis, e com isso melhor o tempo de resposta do motor de base de dados.

Criar índices com vários campos também pode ser uma forma de melhor os tempos de resposta dos queries que fazemos à base de dados, especialmente se sempre que fazemos uma listagem de dados um conjunto de campos é sempre utilizado para filtrar os registos, ou para os ordenar.

Fulltext Search

Os índices do tipo FullText Search são uma funcionalidade interessante de vários motores de base de dados. Estes índices permitem-nos obter rapidamente registos que contenham uma determinada palavra num campo ou conjunto de campos.

São indicados para implementar sistemas de pesquisa, pois permitem muito rapidamente obter os registos que contém uma ou várias palavras passadas, e podem ser mesmo utilizados para ordenar esses registos de acordo com a relevâncias da pesquisa efectuada.

O problema de implementar pesquisas utilizando este tipo de índice são:

  • Palavras que existam em muito registos são ignoradas (por serem demasiado comuns e consequentemente irrelevantes)
  • Palavras menores que um determinado tamanho (3 letras normalmente) são igualmente ignoradas.
  • Pesquisas mais complexas do que uma listagem de artigos com uma ou mais palavras de um conjunto passado são possíveis, mas a sintaxe não é óbvia, especialmente para não programadores

Isto, obviamente, são problemas menores, especialmente porque a maioria dos utilizadores faz pesquisas utilizando apenas listas de palavras, e raramente se procura algo pelas palavras mais comuns de uma amostra. Não se procura palha num palheiro com esperança de encontrar uma qualquer palha especial.

Condições WHERE

A clausula WHERE do SQL, utilizada em quase todos os motores de base de dados hoje em dia, serve para filtrar os registos que se irão obter como resultado da listagem (alteração ou remoção também são instruções que podem ser filtradas com o WHERE. Concentremo-nos nas listagens porque são a tarefa mais comum, especialmente quando se programa para ambientes abertos como a Web, e aquela em que a performance é mais relevante – por ser a mais comum).

Mas, então, que atenções devemos ter na clausula WHERE quando escrevemos uma query SQL?

A primeira coisa que devemos ter em atenção é verificar que estamos a colocar as condições de filtragem da condição mais limitante para a menos limitante, isto é, que a primeira condição no WHERE é aquela que, se utilizada sozinha, devolve menos registos, e que a ultima é a que devolve menos.

Quando criamos índices que tenham os mesmo campos que os utilizados na condição de filtragem (ou alguns dos utilizados), devemos verificar que os campos se encontram no índice pela mesma ordem que se encontram na condição de filtragem.

Os campos para que não foram criados índices devem ser deixados para o fim. Isto, claro, se os índices tiverem sido bem criados, isto é, nos campos que permitem fazer maiores filtragens na base de dados.

Por exemplo, se precisa de listar artigos por dia e por categoria, que estejam activos, e tem (em média) 10 artigos por dia, 50 por categoria e 300 activos e outros tantos activos, criar um índice com a data e a categoria do artigo será provavelmente uma boa ideia, e é igualmente boa ideia colocar as condições na condição WHERE nessa mesma ordem.

Na clausula ORDER BY e ON (dos JOINs) aplicam-se as mesmas regras.

Conclusão

Na criação dos índices numa base de dados é importante saber que tipo e quantidade de dados lá serão colocados, e é preciso, acima de tudo, ter consciência da forma como esses dados serão apresentados.

Crie sempre uma primary key, ou poderá nunca mais conseguir alterar os registos ou aceder-lhes directamente.

Sempre que a primary key não seja utilizável para tudo, crie uma chave única para aceder directamente aos registos. Por exemplo, parte dos URLs utilizados no Web a Sério são uma chave única da tabelas de posts.

E vocês, há alguma consideração não referida que utilizem na criação dos vossos queries? Este artigo apresenta algo que nunca tinham considerado?

Que questões da Programação para Web gostariam de ver aqui discutidas?