目次

• はじめに──クラウドネイティブ時代にパフォーマンスチューニングはどのような意味を持つか
• 動作環境
• サンプルコードのダウンロード
• 本書の構成
• 目次

第1章：DBMSのアーキテクチャ──この世にただ飯はあるか

1.1　DBMSのアーキテクチャ概要

• クエリ評価エンジン
• バッファマネージャ
• ディスク容量マネージャ
• トランザクションマネージャとロックマネージャ
• リカバリマネージャ

1.2　DBMSとバッファ

• この世にただ飯はあるか
• DBMSと記憶装置の関係
  • HDD
  • SSD
  • メモリ
  • バッファの活用による速度向上
• メモリ上の2つのバッファ
  • データキャッシュ
  • ログバッファ
• メモリの性質がもたらすトレードオフ
  • 揮発性とは
  • 揮発性の問題点
• システムの特性によるトレードオフ
  • データキャッシュとログバッファのサイズ
  • 検索と更新、大事なのはどっち
• もう一つのメモリ領域「ワーキングメモリ」
  • いつ使われるか
  • ワーキングメモリが不足すると何が起きるのか

1.3　DBMSと実行計画

• 権限委譲の功罪
• データへのアクセス方法はどう決まるのか
  • パーサ（parser）
  • オプティマイザ（optimizer）
  • カタログマネージャ（catalog manager）
  • プラン評価（plan evaluation）
• オプティマイザとうまく付き合う
• 適切な実行計画が作成されるようにするには

1.4　実行計画がSQL文のパフォーマンスを決める

• 実行計画の確認方法
• テーブルフルスキャンの実行計画
  • 操作対象のオブジェクト
  • オブジェクトに対する操作の種類
  • 操作の対象となるレコード数
  • [Column]実行計画の「実行コスト」と「実行時間」
• インデックススキャンの実行計画
  • 操作対象のオブジェクトと操作
  • 操作の対象となるレコード数
• 簡単なテーブル結合の実行計画
  • オブジェクトに対する操作の種類

1.5　実行計画の重要性

第1章のまとめ

演習問題1

• • [Column]いろいろなキャッシュ

第2章：SQLの基礎──母国語を話すがごとく

2.1　SELECT文

• SELECT句とFROM句
• WHERE句
  • WHERE句のさまざまな条件指定
  • WHERE句は巨大なベン図
  • INでOR条件を簡略化する
  • NULL──何もないとはどういうことか
  • [Column]SELECT文は手続き型言語の関数
• GROUP BY句
  • グループ分けするメリット
  • ホールケーキを全部1人で食べたい人は？
• HAVING句
• ORDER BY句
• ビューとサブクエリ
  • ビューの作り方
  • 無名のビュー
  • サブクエリを使った便利な条件指定

2.2　条件分岐、集合演算、ウィンドウ関数、更新

• SQLと条件分岐
  • CASE式の構文
  • CASE式の動作
• SQLで集合演算
  • UNIONで和集合を求める
  • INTERSECTで積集合を求める
  • EXCEPTで差集合を求める
• ウィンドウ関数
• トランザクションと更新
  • INSERTでデータを挿入する
  • DELETEでデータを削除する
  • UPDATEでデータを更新する

第2章のまとめ

演習問題2

第3章：SQLにおける条件分岐──文から式へ

3.1　UNIONを使った冗長な表現

• UNIONによる条件分岐の簡単なサンプル
  • UNIONを使うと実行計画が冗長になる
  • UNIONを安易に使うべからず
• WHERE句で条件分岐させるのは素人
• SELECT句で条件分岐させると実行計画もすっきり

3.2　集計における条件分岐

• 集計対象に対する条件分岐
  • UNIONによる解
  • UNIONの実行計画
  • 集計における条件分岐もやはりCASE式
  • CASE式の実行計画
• 集約の結果に対する条件分岐
  • UNIONで条件分岐させるのは簡単だが……
  • UNIONの実行計画
  • CASE式による条件分岐
  • CASE式による条件分岐の実行計画

3.3　それでもUNIONが必要なのです

• UNIONを使わなければ解けないケース
• UNIONを使ったほうがパフォーマンスが良いケース
  • UNIONによる解
  • ORを使った解
  • INを使った解

3.4　手続き型と宣言型

• 文ベースと式ベース
• 宣言型の世界へ跳躍しよう

第3章のまとめ

演習問題3

第4章：集約とカット──集合の世界

4.1　集約

• 複数行を1行にまとめる
  • CASE式とGROUP BYの応用
  • 集約・ハッシュ・ソート
• 合わせ技1本

4.2　カット

• あなたは肥り過ぎ？ 痩せ過ぎ？──カットとパーティション
  • パーティション
  • BMIによるカット
• PARTITION BY句を使ったカット

第4章のまとめ

演習問題4

第5章：ループ──手続き型の呪縛

5.1　ループ依存症

• Q.「先生、なぜSQLにはループがないのですか？」
• A.「ループなんてないほうがいいな、と思ったからです」
• それでもループは回っている

5.2　ぐるぐる系の恐怖

• ぐるぐる系の欠点
  • SQL実行のオーバーヘッド
  • 並列分散がやりにくい
  • データベースの進化による恩恵を受けられない
• ぐるぐる系を速くする方法はあるか
  • ぐるぐる系をガツン系に書き換える
  • 個々のSQLを速くする
  • 処理を多重化する
• ぐるぐる系の利点
  • 実行計画が安定する
  • 処理時間の見積り精度が（相対的には）高い
  • トランザクション制御が容易

5.3　SQLではループをどう表現するか

• ポイントはCASE式とウィンドウ関数
• ループ回数の上限が決まっている場合
  • 近似する郵便番号を求める
  • [Column]相関サブクエリによる対象レコードの制限
  • ランキングの問題に読み替え可能
  • ウィンドウ関数でスキャン回数を減らす
  • [Column]インデックスオンリースキャン
• ループ回数が不定の場合
  • 隣接リストモデルと再帰クエリ
  • OracleのCONNECT BY句

5.4　バイアスの功罪

第5章のまとめ

演習問題5

第6章：結合──結合を制する者はSQLを制す

6.1　機能から見た結合の種類

• クロス結合──すべての結合の母体
  • [Column]自然結合の構文
  • クロス結合の動作
  • クロス結合が実務で使われない理由
  • うっかりクロス結合
• 内部結合──何の「内部」なのか
  • 内部結合の動作
  • 内部結合と同値の相関サブクエリ
• 外部結合──何の「外部」なのか
  • 外部結合の動作
  • 外部結合と内部結合の違い
• 自己結合──自己とは誰のことか
  • 自己結合の動作
  • 自己結合の考え方

6.2　結合のアルゴリズムとパフォーマンス

• Nested Loops──結合アルゴリズムのカラシニコフ
  • Nested Loopsの動作
  • 駆動表の重要性
  • Nested Loopsの落とし穴
• Hash
  • Hashの動作
  • Hashの特徴
  • Hashが有効なケース
• Sort Merge
  • Sort Mergeの動作
  • Sort Mergeの特徴
  • Sort Mergeが有効なケース
• 意図せぬクロス結合
  • Nested Loopsが選択される場合
  • クロス結合が選択される場合
  • 意図せぬクロス結合を回避するには

6.3　結合が遅いなと感じたら

• ケース別の最適な結合アルゴリズム
• そもそも実行計画の制御は可能なのか？
  • DBMSごとの実行計画制御の状況
  • 実行計画をユーザが制御することによるリスク
• 揺れるよ揺れる、実行計画は揺れるよ

第6章のまとめ

• • [Column]性能試験はどの環境で行うべきか

演習問題6

第7章：サブクエリ──困難は分割するべきか

7.1　サブクエリが引き起こす弊害

• サブクエリの問題点
  • サブクエリの計算コストが上乗せされる
  • データのI/Oコストがかかる
  • 最適化を受けられない
• サブクエリ・パラノイア
  • サブクエリを使った場合
  • 相関サブクエリは解にならない
  • ウィンドウ関数で結合をなくせ！
• 長期的な視野でのリスクマネジメント
  • アルゴリズムの変動リスク
  • 環境起因の遅延リスク
• サブクエリ・パラノイア──応用版
  • サブクエリ・パラノイア再び
  • 行間比較でも結合は必要ない
• 困難は分割するな

7.2　サブクエリの積極的意味

• 結合と集約の順序
  • 2つの解
  • 結合の対象行数

第7章のまとめ

演習問題7

第8章：SQLにおける順序──甦（よみがえ）る手続き型

8.1　行に対するナンバリング

• 主キーが1列の場合
  • ウィンドウ関数を利用する
  • 昔は相関サブクエリを利用していた
• 主キーが複数列から構成される場合
  • ウィンドウ関数を利用する
• グループごとに連番を振る場合
  • ウィンドウ関数を利用する
• ナンバリングによる更新
  • ウィンドウ関数を利用する

8.2　行に対するナンバリングの応用

• 中央値を求める
  • 集合指向的な解
  • 手続き型の解❶──世界の中心を目指せ
  • 手続き型の解❷──2マイナス1は1
• ナンバリングによりテーブルを分割する
  • 断絶区間を求める
  • 集合指向的な解──集合の境界線
  • 手続き型の解──「1行あと」との比較
• テーブルに存在するシーケンスを求める
  • 集合指向的な解──再び、集合の境界線
  • 手続き型の解──再び、「1行あと」との比較

8.3　シーケンスオブジェクト・IDENTITY列・採番テーブル

• シーケンスオブジェクト
  • シーケンスオブジェクトの問題点
  • シーケンスオブジェクトそのものに起因する性能問題
  • シーケンスオブジェクトそのものに起因する性能問題への対策
  • 連番をキーに使うことに起因する性能問題
  • NewSQLにおけるホットスポットの発生
  • 連番をキーに使うことに起因する性能問題への対策
• IDENTITY列
• 採番テーブル

第8章のまとめ

演習問題8

第9章：更新とデータモデル──盲目のスーパーソルジャー

9.1　更新は効率的に

• NULLの埋め立てを行う
  • ウィンドウ関数で更新を効率化する
• 逆にNULLを作成する
  • 再び、ウィンドウ関数で更新を効率化する

9.2　行から列への更新

• 1列ずつ更新する
• 行式で複数列更新する
• NOT NULL制約が付いている場合
  • UPDATE文を利用する
  • MERGE文を利用する

9.3　列から行への更新

9.4　同じテーブルの異なる行からの更新

• 相関サブクエリを利用する
• ウィンドウ関数を利用する
• INSERTとUPDATEはどちらが良いのか

9.5　更新のもたらすトレードオフ

• SQLで解く方法
• SQLに頼らずに解く方法

9.6　モデル変更の注意点

• 更新コストが高まる
• 更新までのタイムラグが発生する
• モデル変更のコストが発生する

9.7　スーパーソルジャー病：類題

• 再び、SQLで解くなら
• 再び、モデル変更で解くなら
• 初級者よりも中級者がご用心

9.8　データモデルを制す者はシステムを制す

第9章のまとめ

演習問題9

第10章：インデックスを使いこなす──秀才の弱点

10.1　インデックスと言えばB-tree

• 万能型のB-tree
• その他のインデックス

10.2　インデックスを有効活用するには

• カーディナリティと選択率
  • [Column]クラスタリングファクタ
• インデックスの利用が有効かを判断するには

10.3　インデックスによる性能向上が難しいケース

• 絞り込み条件が存在しない
• ほとんどレコードを絞り込めない
  • 入力パラメータによって選択率が変動する❶
  • 入力パラメータによって選択率が変動する❷
• インデックスが使えない検索条件
  • 中間一致、後方一致のLIKE述語
  • 索引列で演算を行っている
  • IS NULL述語を使っている
  • 否定形を用いている

10.4　インデックスが使用できない場合どう対処するか

• 外部設計による対処──深くて暗い川を渡れ
  • UI設計による対処
• 外部設計による対処の注意点
• データマートによる対処
• データマートを採用するときの注意点
  • データ鮮度
  • データマートのサイズ
  • データマートの数
  • バッチウィンドウ
• インデックスオンリースキャンによる対処
  • [Column]インデックスオンリースキャンとカラム指向データベース
• インデックスオンリースキャンを採用するときの注意点
  • DBMSによっては使えないこともある
  • 1つのインデックスに含められる列数には限度がある
  • 更新のオーバーヘッドを増やす
  • 定期的なインデックスのリビルドが必要
  • SQL文に新たな列が追加されたら使えない

第10章のまとめ

演習問題10

• Appendix A：PostgreSQLのインストールと接続設定
• Appendix B：MySQLのインストールと接続設定
• Appendix C：演習問題の解答

• 索引
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