浅析Oracle 11g中对数据列默认值变化的优化

在日常的运维工作中，对生产数据表进行DDL操作是一件需要谨慎对待的事情。运维DBA们在进行数据DDL操作的时候，通常要全局考虑，诸如对生产影响、执行时间长度和影响存储数据等等。 数据列默认值的添加，是DBA们经常头疼的一个问题。传统的执行语句，消耗时间

在日常的运维工作中，对生产数据表进行DDL操作是一件需要谨慎对待的事情。运维DBA们在进行数据DDL操作的时候，通常要全局考虑，诸如对生产影响、执行时间长度和影响存储数据等等。

数据列默认值的添加，是DBA们经常头疼的一个问题。传统的执行语句，消耗时间长、资源使用量大，对生产环境影响程度高。采用其他的一些变通方法，又存在操作步骤繁琐的问题。如何快速的添加一个有默认值的数据列，同时对现有生产环境影响最小，是我们希望达到的一个目标。



本文从操作入手，探讨添加default数据列的问题点，最后介绍Oracle 11g中对其进行的“革命性”优化。

1、从10g的数据列添加谈起

为了实现对比效果，我们首选选择10g版本的Oracle进行试验，构造一个相对较大的数据表。


SQL> select * from v$version;
BANNER
----------------------------------------------------------------
Oracle Database 10g Enterprise Edition Release 10.2.0.1.0 - Prod
PL/SQL Release 10.2.0.1.0 - Production
CORE   10.2.0.1.0     Production
TNS for 32-bit Windows: Version 10.2.0.1.0 - Production
NLSRTL Version 10.2.0.1.0 - Production

SQL> create table t as select object_id from dba_objects;
表已创建。

SQL> select count(*) from t;
COUNT(*)
----------
  3220352


数据表t只包括一个数据列，但是数据量大约为320万条。我们从体积上进行评估如下：


SQL> set timing on;
SQL> select bytes/1024/1024,blocks from dba_segments where wner='SYS' and segment_name='T';

BYTES/1024/1024    BLOCKS
--------------- ----------
            39      4992

已用时间: 00: 00: 00.03

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade=>true);
PL/SQL过程已成功完成。

已用时间: 00: 00: 00.35

SQL> select blocks from dba_tables where wner='SYS' and table_name='T';

   BLOCKS
----------
     4883

已用时间: 00: 00: 00.01


Oracle分配给这个段segment的中空间为4992个数据块，高水位线HWM下的格式化过数据块为4883。总体积约40M。

下面进行两种方式的添加数据表默认值列方法，一起观察一下变化情况。首先是允许为空默认值列的操作。


SQL> alter table t add vc varchar2(100) default 'TTTTTTTTTTTT';

表已更改。

已用时间: 00: 34: 37.15

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade=>true);

PL/SQL过程已成功完成。

已用时间: 00: 00: 03.86


SQL> select bytes/1024/1024,blocks from dba_segments where wner='SYS' and segment_name='T';

BYTES/1024/1024    BLOCKS
--------------- ----------
           208     26624

已用时间: 00: 00: 00.06
SQL> select blocks from dba_tables where wner='SYS' and table_name='T';

   BLOCKS
----------
    25864

已用时间: 00: 00: 00.01


果然是一个费时的操作，添加一个数据列默认值，总共消耗了近30分钟时间。原有数据表的体积也发生的膨胀，从原来的不到40M，上升到了208M。

这个现象告诉我们，当我们添加一个有default值的数据列，并且是直接添加的时候，一些数据被插入到了数据块中，引起空间膨胀。

在原有的结构下，数据添加到数据块上是必需的，只有这样才能将数据列default添加到里面去。

除了这个字句，我们是还可以提供数据列的not null选项，也是可以实现相同的功能的。


SQL> alter table t add vc2 varchar2(100) default 'TTTTTTTTTTTT' not null;

表已更改。

已用时间: 00: 15: 58.85

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade=>true);

PL/SQL过程已成功完成。

已用时间: 00: 00: 36.87

SQL> select bytes/1024/1024,blocks from dba_segments where wner='SYS' and segme
nt_name='T';

BYTES/1024/1024    BLOCKS
--------------- ----------
           256     32768

已用时间: 00: 00: 00.14
SQL> select blocks from dba_tables where wner='SYS' and table_name='T';

   BLOCKS
----------
    32448

已用时间: 00: 00: 00.04


也是消耗了15分钟，空间发生了很大程度变化。新空间分配，同时数据行数没有发生变化，潜在的行迁移（Row Migration）和行链接（Row Chaining）是严重恶化的！

综合分析Oracle 10g下的操作：为了添加上数据字段的默认值，Oracle会去访问每个数据块上的每个数据行进行数据列拓展工作，这个过程中还伴随着新空间分配和多余数据行复制。

这类型操作对于生产环境是恐怖的，在整个作业过程中，数据表结构被锁定，相关业务处理操作阻塞或者缓慢。所以，运维DBA都是选择在维护窗口或者变通的方法进行处理。

在Oracle 11g环境下，事情有了一些不同。

2、11g下的默认值配置

我们在11g上进行相似操作。


SQL> select * from v$version;
BANNER
--------------------------------------------------------------------------------
Oracle Database 11g Enterprise Edition Release 11.2.0.1.0 - Production


PL/SQL Release 11.2.0.1.0 - Production
CORE       11.2.0.1.0        Production


构建相似规模的数据表。


SQL> set timing on;
SQL> create table t as select object_id from dba_objects;
Table created

SQL> select count(*) from t;
COUNT(*)
----------
  3323167

SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade => true);
PL/SQL procedure successfully completed

SQL> select segment_name, bytes/1024/1024, extents,blocks from user_segments where segment_name='T';

SEGMENT_NA BYTES/1024/1024   EXTENTS    BLOCKS
---------- --------------- ---------- ----------
T                      40        55      5120

SQL> select NUM_ROWS, BLOCKS from dba_tables where wner='SCOTT' and table_name='T';

NUM_ROWS    BLOCKS
---------- ----------
  3323167      5041


11g下我们准备了约330万数据，进行添加非空带默认值的数据列。


SQL> alter table t add vc2 varchar2(100) default 'TTTTTTTTTTTT' ;

alter table t add vc2 varchar2(100) default 'TTTTTTTTTTTT'

ORA-01013:用户请求取消当前的操作


在添加defalut列，不指定not null的时候，数据持续时间超过了我们的想象。笔者主动将其断开了。下面试试添加not null时候。

--1s不到完成操作；
SQL> alter table t add vc varchar2(100) default 'TTTTTTTTTTTT' not null;
Table altered

Executed in 0.047 seconds


SQL> exec dbms_stats.gather_table_stats(user,'T',cascade => true);
PL/SQL procedure successfully completed

SQL> select NUM_ROWS, BLOCKS from dba_tables where wner='SCOTT' and table_name='T';
NUM_ROWS    BLOCKS
---------- ----------
  3323167      5041

Executed in 0 seconds

SQL> select segment_name, bytes/1024/1024, extents,blocks from user_segments where segment_name='T';

SEGMENT_NA BYTES/1024/1024   EXTENTS    BLOCKS
---------- --------------- ---------- ----------
T                      40        55      5120

SQL> select * from t where rownum

OBJECT_ID VC
---------- --------------------------------------------------------------------------------
       20 TTTTTTTTTTTT
       46 TTTTTTTTTTTT
       28 TTTTTTTTTTTT
       15 TTTTTTTTTTTT
（篇幅原因，有省略……）
9 rows selected


我们发现，当执行not null的时候，Oracle以超乎想象的速度完成了过程。并且注意：数据表的体积没有发生任何变化！！但是，我们检查数据表的时候，却发现了对应列的默认值已经添加。

这个事情是比较奇怪的，有一个道理必然是可以说通：就是这个默认值在执行过程中，是绝对没有真正添加到数据块中的，因为只有这样才不会影响数据段的体积。

3、11g默认值处理的优化

那么，11g这个过程中是如何处理的呢？而且为什么只有添加Not null的时候才会有这个特点。我们从select数据行的trace进行入手。

我们选择10046跟踪一下select的全过程，看看显示出来的默认值从哪里来。


SQL> select value from v$diag_info where name='Default Trace File';



VALUE
-----------------------------------------------------------------------
/u01/diag/rdbms/wilson/wilson/trace/wilson_ora_6177.trc


SQL> alter session set events '10046 trace name context forever, level 12';
会话已更改。

SQL> select * from t where rownum

OBJECT_ID
----------
VC
-----------------------------------------------------------------------------

SQL> alter session set events '10046 trace name context off';
会话已更改。


对生成的trace文件进行处理，获取到tkprof结果。


D:\des>tkprof wilson_ora_6177.trc
output = res.txt

TKPROF: Release 10.2.0.1.0 - Production on星期五8月24 22:07:10 2012
Copyright (c) 1982, 2005, Oracle. All rights reserved.


在分析的结果中，我们发现很多的recursive语句，也就是Oracle为了执行这个SQL，连带运行了很多的语句，其中我们发现了一个“可疑”对象。


***********************************************************************

select binaryDefVal, length(binaryDefVal)
from
ecol$          where tabobj# = :1 and colnum = :2


call    count      cpu   elapsed      disk     query   current       rows
------- ------ -------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
Parse       1     0.00      0.00         0         0         0          0
Execute     1     0.00      0.00         0         0         0          0
Fetch       1     0.00      0.00         2         2         0          1
------- ------ -------- ---------- ---------- ---------- ---------- ----------
total       3     0.00      0.00         2         2         0          1



ecol$是sys用户下的一个新添加的字典基表，其中内容如下：


SQL> desc ecol$;
Name        Type  Nullable Default Comments
------------ ------ -------- ------- --------
TABOBJ#     NUMBER Y                       
COLNUM      NUMBER Y                       
BINARYDEFVAL BLOB  Y                       

SQL> select * from ecol$;

  TABOBJ#    COLNUM BINARYDEFVAL
---------- ---------- ------------
    76046         2
Executed in 0.031 seconds

SQL> col owner for a10;
SQL> col object_name for a10;
SQL> select owner, object_name, object_id from dba_objects where object_id in (76046);

OWNER     OBJECT_NAM OBJECT_ID
---------- ---------- ----------
SCOTT     T              76046

Executed in 0 seconds


从ecol$数据表中，我们发现了对数据表T对象第二列（column=2）的一个对象引用，引用的值binarydefval是一个blob类型。从直观上，我们已经可以猜出这个就是记录了数据表vc列的默认值。

此处，我们说一个问题，在Oracle中，默认值都是通过大对象类型进行保存。在数据字典col$中，默认值是通过long类进行保存。而进入11g的ecol$表，这个值是使用blob类型进行保存。

另一个需要注意的，就是这个数据表中只有一个数据行，也就是只有我们创建数据表T的默认值。这说明什么呢？

此时，我们已经可以猜出Oracle的良苦用心。首先，Oracle注意到了在生产online的时候，添加带默认值列数据的困难。但是，从现有的体系结构和存储结构下，将默认值逐行插入、从而引起行迁移的情况是不能避免的。所以，Oracle采用了一种“障眼法”。

如果我们在创建数据表的时候就指定了数据列的默认值、或者没有要求将所有数据空值一次性全都变成默认值的时候，Oracle还是按照原有的存储策略进行管理。如果出现了要求添加数据列，并且一次性将所有默认值列都加入的情况，Oracle索性就不进行插入数据和挪行的操作，而是将这个默认值保存在ecol$中。

接下来，如果要进行检索数据，首先Oracle会利用recursive call的方法，保存提取出默认值。在检索数据的过程中，如果遇到默认值列为空的情况（没有插值），就将取出的默认值输出到界面上进行显示。其实，数据行对应的默认值列是没有这个值的。

这就解释了为什么只有在添加not null默认值列的时候，才会有这个优化。因为Oracle需要确认这个列不会有空值，才会将出现的空值全都进行“障眼法”匹配。

4、结论

借助了11g这个特性，我们说在online生产环境下，临时加入默认值列就不是一件恐怖的工作了。不过，处于谨慎的考虑，还是希望有条件的时候，将该数据表进行重构。这种特性属于应急环境下考虑使用。