부분 범위 처리 튜닝

개발자를 위한 오라클 SQL 튜닝 내용에서 참고한 내용입니다.

Intro

조건에 만족하는 모든 데이터를 한 화면에 보여줄 수 없는 경우가 빈번하다.
그렇기 때문에 모든 데이터를 스캔하게 되면 DBMS에 많은 부하를 주게 된다.
부분 범위 처리(Partial Range Processing)를 통해 조건에 만족하는 데이터 중 특정 건수의 데이터만을 스캔하여 처리하면 부하를 줄일 수 있다.
부분 범위 처리 기법을 이용하여 최소값/최대값을 찾는 튜닝 기법과 페이징 처리를 하는 튜닝 기법에 대해 알아보기

부분 범위 처리(Partial Range Processing)

대용량 테이블을 스캔할 때 가장 먼저 나오는 한 건 또는 한 건이상(N개)의 행만 가져오는 처리 기법이다.
대용량의 테이블을 스캔한다고 해도 부분 범위만 가져온다면 성능은 극단적으로 빨라지게 된다.

부분 범위 처리의 기초

WHERE 절에 ROWNUM 조건으로 원하는 건수를 조회한다.
테이블 전체를 스캔하지 않고 원하는 범위의 데이터를 읽으면 곧바로 결과를 출력할 수 있다.

SELECT *
FROM EMP
WHERE ROWNUM <= 3
ORDER BY EMPNO;

위 쿼리는 EMP 테이블을 읽다가 3건을 모두 읽으면 테이블 스캔을 멈추고 그 후 조회된 3건으로 정렬을 하게 된다.
ORDER BY 연산이 마지막에 진행되기 때문이다.
사용자의 의도가 테이블 전체 데이터를 EMPNO 기준으로 정렬한 상태에서 3건의 데이터를 뽑는 것이었다면 데이터 정합성이 틀린 SQL문이 된다.
이런 문제를 해결하기 위해서 아래 쿼리로 수정한다.

-- 부분 범위 처리 + 소트 연산 + ROWNUM 조건
SELECT *
FROM (
         SELECT *
         FROM EMP
         ORDER BY EMPNO
     )
WHERE ROWNUM <= 3;

위 쿼리는 인라인 뷰와 WHERE 절에 ROWNUM 조건을 결합하면 EMP 테이블을 EMPNO 기준으로 오름차순 정렬한 값 중에서 3건을 가져오게 된다.
SQL문은 인덱스 구성 여부에 따라 부분 범위 처리를 하기도 하고 전체 범위 처리를 하기도 한다.
부분 범위 처리가 되기 위해서는 EMPNO를 선두 컬럼으로 갖는 인덱스가 존재해야 하고, 해당 인덱스의 앞에서부터 3건만 읽고 스캔을 종료할 수 있다.
이는 인덱스가 정렬된 상태를 항상 유지한다는 특성을 이용한 것이다.

부분 범위 처리의 구현

CREATE TABLE TB_CUST
(
    CUST_ID VARCHAR2 (10), -- 고객 아이디
    IN_DTM DATE,           -- 가입일자
    CONSTRAINT TB_CUST_PK PRIMARY KEY (CUST_ID)
)

SELECT LPAD(TO_CHAR(ROWNUM), 10, '0'),
       SYSDATE - (TRUNC(DBMS_RANDOM.VALUE(1, 999999)) / 24 / 60 / 60)
FROM DUAL CONNECT BY LEVEL <= 100000;

15년 10월 01 이후 데이터 중 가장 최근에 들어간 100건을 출력하는 SQL
TB_CUST 테이블을 풀 스캔한 후 IN_DTM을 기준으로 내림차순 정렬한 값 중에서 100건을 출력하는 쿼리
결과 집합은 사용자가 의도한 대로 나오지만 IN_DTM으로 구성된 인덱스가 없다면 전체 범위 처리를 하게 된다.

CREATE INDEX TB_CUST_IDX01 ON TB_CUST (IN_DTM);

IN_DTM으로 구성된 인덱스를 생성
인덱스 생성으로 인해 SQL은 부분 범위 처리를 하게 된다.
즉, 부분 범위 처리가 작동하는 데 가장 필수적인 요소는 인덱스 존재 여부이므로 인덱스 구성에 따라 극적인 성능을 가져올 수 있다.

최댓값/최솟값 스캔 튜닝

최댓값/최솟값 스캔 튜닝

인덱스의 주요 특징은 바로 데이터가 정렬된 상태로 저장되어 있다라는 것이다.
인덱스의 특징과 부분 범위 처리의 원리가 결합되면 최댓값과 최솟값을 가져올 때 극적인 성능 향상을 이루어 낼 수 있다.
이처럼 인덱스와 부분 범위 처리 원리를 결합시켜 최댓값과 최솟값을 가장 빠르게 가져오는 것을 최댓값/최솟값 스캔 튜닝이라 한다.

부분 범위 처리 기법을 이용하여 최댓값/최솟값 검색하기

CREATE TABLE TB_ORD_DAY
(
    ORD_DT VARCHAR2 (8), -- 주문일자
    ORD_NO VARCHAR2 (10) -- 주문번호
);

ALTER TABLE TB_ORD_DAY
    NOLOGGING;

DECLARE
    TYPE ORD_DT_TABLE IS TABLE OF VARCHAR2(8)
        INDEX BY BINARY_INTEGER;

ORD_DT_TAB ORD_DT_TABLE;
i          BINARY_INTEGER := 0;

BEGIN FOR ORD_DT_LIST
        IN
        (
        SELECT TO_CHAR(SYSDATE - ROWNUM, 'YYYYMMDD') ORD_DT
        FROM DUAL
        CONNECT BY LEVEL <= 3650
        ORDER BY 1
        )
        LOOP
            i := i + 1;
ORD_DT_TAB
    (i)
    := ORD_DT_LIST.ORD_DT;
INSERT INTO TB_ORD_DAY
SELECT ORD_DT_TAB(i),
       LPAD(TO_CHAR(ROWNUM), 10, '0')
FROM DUAL CONNECT BY LEVEL <= 10000;
COMMIT;
END LOOP;
END;
/
-- 36_500_000 건 등록

ALTER TABLE TB_ORD_DAY
    ADD CONSTRAINT TB_ORD_DAY_PK
        PRIMARY KEY (ORD_DT, ORD_NO);

ANALYZE TABLE TB_ORD_DAY COMPUTE STATISTICS
    FOR TABLE FOR ALL INDEXES FOR ALL INDEXED COLUMNS SIZE 254;

튜닝 전 상황

SELECT MAX(ORD_NO) MAX_ORD_NO,
       MIN(ORD_NO) MIN_ORD_NO
FROM TB_ORD_DAY
WHERE ORD_DT = TO_CHAR(SYSDATE - 30, 'YYYYMMDD')

SQL 분석
- 현재 일자로부터 30일 전 일자를 기준으로 MAX와 MIN 함수를 이용하여 최댓값과 최솟값 조회
SQL 문제점
- 인덱스 범위 스캔을 하지 않고 인덱스 양 끝의 최댓값과 최솟값만 스캔하면 의도한 대로 결과를 도출할 수 있다.
- 해당 SQL문은 TB_ORD_DAY_PK 인덱스를 인덱스 범위 스캔하게 된다.

튜닝 후 상황

SELECT *
FROM (
         SELECT ORD_NO MAX_ORD_NO, '1' DUMMY
         FROM (
                  SELECT ORD_NO
                  FROM TB_ORD_DAY
                  WHERE ORD_DT = TO_CHAR(SYSDATE - 30, 'YYYYMMDD')
                  ORDER BY ORD_NO DESC
              )
         WHERE ROWNUM <= 1
     ) A,
     (
         SELECT ORD_NO MIN_ORD_NO, '1' DUMMY
         FROM (
                  SELECT ORD_NO
                  FROM TB_ORD_DAY
                  WHERE ORD_DT = TO_CHAR(SYSDATE - 30, 'YYYYMMDD')
                  ORDER BY ORD_NO ASC
              )
         WHERE ROWNUM <= 1
     ) B
WHERE A.DUMMY = B.DUMMY;

SQL 분석
- WHERE 절에 ORD_DT 조건을 주어져 있다.
- PK 구성이 ORD_DT + ORD_NO 순으로 되어 있으므로 ORD_DT 조건이 '=' 조건으로 들어오는 순간 ORD_NO를 기준으로 부분 범위 처리가 가능해진다.
- 최댓값을 가져오기 위해 ORD_NO를 DESC로 정렬한다.
- ROWNUM 조건을 주어 ORD_NO의 최대값 한 건만 가져오게 한다.
- WHERE 절에 ORD_DT 조건을 주었다.
- PK 구성이 'ORD_DT + ORD_NO' 순으로 되어 있으므로 ORD_DT 조건이 '=' 조건으로 들어오는 순간 ORD_NO를 기준으로 부분 범위 처리가 가능해진다.
- 최솟값을 가져오기 위해 ORD_NO를 ASC로 정렬한다.
- ROWNUM 조건을 주어 ORD_NO의 최솟값 한 건만 가져오도록 한다.

페이징 처리 튜닝

페이징 처리

일반적인 게시판 또는 정보 조회 화면을 생각해보면 100만건의 데이터가 저장된 테이블이 있다고 가정했을 때, 한 화면 안에서 100만 건의 모든 데이터를 보여줄 수 없고 해당 화면에 나타낼 수 있는 범위만 보여주면 된다.
이러한 경우 부분 범위 처리를 이용한 페이징 처리(Paging Processing) 를 하게 된다.

페이징 처리 튜닝

페이징 처리 튜닝(Paging Processing Tuning) 이란 해당 페이지에서 보여주고 싶은 범위만 인덱스 범위 스캔하여 특정 데이터만 가져오는 일련의 모든 활동을 의미한다.
인덱스를 이용하여 해당 범위의 시작으로 간 후(인덱스 수직 탐색) 원하는 데이터만 가져오는 기법(인덱스 범위 스캔)이다.
부분 범위 처리를 이용한 페이징 처리가 되지 않고 모든 범위를 스캔한 후 특정 데이터만 가져오게 된다면 시스템은 걷잡을 수 없이 큰 부하를 일으키게 된다.
이러한 이유로 페이징 처리 튜닝은 실무에서 매우 중요하고 빈번하게 쓰이는 튜닝 기법이다.

부분 범위 처리 기법을 이용한 페이징 처리

CREATE TABLE TB_STOCK_TRD
(
    TRD_NO VARCHAR2 (10), -
    -
    거래번호
    STOCK_CD
    VARCHAR2
(
    6
), --종목코드
    TRD_DTM  VARCHAR2(14), --거래일시
    TRD_CNT  NUMBER(10), --거래건수
    TRD_AMT  NUMBER(10), --거래금액
    INST_DTM DATE, --입력일시
    INST_ID  VARCHAR2(50)  --입력자
);

ALTER TABLE TB_STOCK_TRD
    NOLOGGING;

INSERT /*+ APPEND */ INTO TB_STOCK_TRD --APPEND 힌트 사용
SELECT LPAD(TO_CHAR(ROWNUM), 10, '0'),
       LPAD(TO_CHAR(RNUM), 6, '0'),
       TRD_DTM,
       TRUNC(DBMS_RANDOM.VALUE(100, 10000)),
       TRUNC(DBMS_RANDOM.VALUE(10000, 100000)),
       SYSDATE,
       'DBMSEXPERT'
FROM (
         SELECT ROWNUM RNUM
         FROM DUAL CONNECT BY LEVEL <= 2000
     ),
     (
         SELECT TO_CHAR(SYSDATE - (ROWNUM * 1000000) / 24 / 60 / 60, 'YYYYMMDDHH24MISS') TRD_DTM
         FROM DUAL CONNECT BY LEVEL <= 5000
     );

COMMIT;

ALTER TABLE TB_STOCK_TRD
    ADD CONSTRAINT TB_STOCK_TRD_PK
        PRIMARY KEY (TRD_NO);

ANALYZE TABLE TB_STOCK_TRD COMPUTE STATISTICS
    FOR ALL INDEXED COLUMNS SIZE 254;

부분 범위 처리 기법을 이용한 페이징 처리 - 튜닝 전

SELECT *
FROM (
         SELECT ROWNUM           RNUM,
                TRD_DTM,
                TRD_CNT,
                TRD_AMT,
                COUNT(*) OVER () CNT
         FROM (
                  SELECT TRD_DTM,
                         TRD_CNT,
                         TRD_AMT
                  FROM TB_STOCK_TRD A
                  WHERE STOCK_CD = '000001'
                    AND TRD_DTM >= TO_CHAR(SYSDATE - 365, 'YYYYMMDDHH24MISS')
                  ORDER BY TRD_DTM
              )
     )
WHERE RNUM BETWEEN 21 AND 30;

SQL 분석
- ROWNUM을 이용하여 데이터의 순번을 매긴다.
- 분석 함수인 COUNT 함수를 사용하여 결과 집합의 전체 건수를 가져온다.
- STOCK_CD 조건을 주어 특정 종목의 데이터를 가져온다.
- 최근 일년간의 거래 내역을 출력하기 위한 조건을 준다.
- 21 ~ 30 번째 데이터의 결과만을 가져온다.
SQL의 문제점
- STOCK_CD의 TRD_DTM 기준 최근의 데이터 중에서 21번째부터 30번째의 데이터만 가져오는 SQL
- 30건 중 10건의 데이터만 가져오는데도 불구하고 적절한 인덱스가 존재하지 않아서 테이블 전체를 테이블 풀스캔하고 정렬 작업까지 수행한 후에야 그 중에서 10건만을 가져오게 된다.
- 즉, 전체 범위 처리를 하고 페이징 처리한 매우 비효율적인 SQL이다.
- 이러한 SQL문이 OLTP 환경에서 빈번하게 수행되는 경우 DBMS 전체 성능에 매우 큰 지장을 주게 된다.

부분 범위 처리 기법을 이용한 페이징 처리 - 튜닝 후

부분 범위 처리를 위한 STOCK_CD와 TRD_DTM으로 구성된 복합 인덱스를 생성

CREATE INDEX
    TB_STOCK_TRD_IDX01
    ON TB_STOCK_TRD (STOCK_CD, TRD_DTM DESC);

ANALYZE
INDEX TB_STOCK_TRD_IDX01 COMPUTE STATISTICS;

SELECT *
FROM (
         SELECT ROWNUM           RNUM,
                TRD_DTM,
                TRD_CNT,
                TRD_AMT,
                COUNT(*) OVER () CNT
         FROM (
                  SELECT TRD_DTM,
                         TRD_CNT,
                         TRD_AMT
                  FROM TB_STOCK_TRD
                  WHERE STOCK_CD = '000001'
                    AND TRD_DTM >= TO_CHAR(SYSDATE - 365, 'YYYYMMDDHH24MISS')
                  ORDER BY TRD_DTM
              )
         WHERE ROWNUM <= 30
     )
WHERE RNUM >= 21

SQL 분석
- STOCK_CD와 TRD_DTM으로 구성된 TB_STOCK_TRD_IDX01 인덱스를 인덱스 범위 스캔한다.
- 인덱스 선두 컬럼인 STOCK_CD가 '=' 조건으로 들어가 있으므로 2번째 컬럼인 TRD_DTM의 일부분만 인덱스 스캔 후 멈출 수 있다.
- 즉, 인덱스를 이용한 효율적인 부분 범위 처리가 가능하다.
- ROWNUM 조건으로 인라인 뷰 내에서 30건만 가져오도록한다. TB_STOCK_TRD의 결과 중 30건만 부분 범위 처리로 가져오게 된다.

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Last updated 4 years ago

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