[SQLD] #031 SQL 최적화 기본원리 - 조인 수행 원리

목차

1. NL Join

2. Sort Merge Join

3. Hash Join

 

 

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1.  NL JOIN  (Nested Loop Join)

NL JOIN은 프로그래밍에서 사용하는 중첩된 반복문과 유사한 방식으로 조인을 수행한다. 반복문은 외부에 있는 테이블을 선행 테이블 또는 외부 테이블(Outer Table)이라고 하고, 반복문의 내부에 있는 테이블을 후행 테이블 또는 내부 테이블(Inner Table)이라고 한다. 

 

FOR 선행 테이블 읽음 -> 외부 테이블(Outer Table)
FOR 후행 테이블 읽음 -> 내부 테이블(Inner Table)
(선행 테이블과 후행 테이블 조인)

 

먼저 선행 테이블의 조건을 만족하는 행을 추출하여 후행 테이블을 읽으면서 조인을 수행한다. 이 작업은 선행 테이블의 조건을 만족하는 모든 행의 수만큼 반복 수행한다. NL JOIN에서는 선행 테이블의 조건을 만족하는 행의 수가 많으면(처리 주관 범위가 넓으면), 그 만큼 후행 테이블의 조인 작업은 반복 수행된다. 따라서 결과 행의 수가 적은 테이블을 조인 순서상 선행 테이블로 선택하는 것이 전체 일량을 줄일 수 있다. NL JOIN은 랜덤방식으로 데이터에 액세스하기 때문에 처리 범위가 좁은 것이 유리하다. 

 

 

NL JOIN의 작업 방법은 다음과 같다.

 

1. 선행 테이블에서 주어진 조건을 만족하는 행을 찾음

2. 선행 테이블의 조인 키 값을 가지고 후행 테이블에서 조인 수행

3. 선행 테이블의 조건을 만족하는 모든 행에 대해 1번 작업 반복 수행

 

 

1. 선행 테이블에서 조건을 만족하는 첫번째 행을 찾음 - 이때 선행 테이블에 주어진 조건을 만족하지 않는 경우 해당 데이터는 필터링됨

2. 선행 테이블의 조인 키를 가지고 후행 테이블에 조인 키가 존재하는지 찾으러 감 -> 조인 시도

3. 후행 테이블의 인덱스에 선행 테이블의 조인 키가 존재하는지 확인 -> 선행 테이블의 조인 값이 후행 테이블에 존재하지 않으면 선행 테이블 데이터는 필터링됨 (더이상 조인 할 필요 없음)

4. 인덱스에서 추출한 레코드 식별자를 이용하여 후행 테이블을 액세스 -> 인덱스 스캔을 통한 테이블 액세스 후행 테이블에 주어진 조건까지 모두 만족하면 해당 행을 추출버퍼에 넣음

5~11. 앞의 작업을 반복 수행함

 

 

추출 버퍼는 SQL 문의 실행 결과를 보관하는 버퍼로, 일정 크기를 설정하여 추출 버퍼에 결과가 모두 차거나 더이상 결과가 없어서 추출 버퍼를 채울 것이 없으면 결과를 사용자에게 반환한다. 추출 버퍼는 운반 단위, Array Size, Prefetch Size 라고도 한다. 

위 그림에서 만약 선행 테이블에 사용 가능한 인덱스가 존재한다면 인덱스를 통해 선행 테이블을 액세스할 수 있다.

 

 

NL JOIN 기법은 조인이 성공하면 바로 결과를 사용자에게 보여줄 수 있기 때문에 온라인 프로그램에 적합하다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Sort Merge Join

Sort Merge Join 은 조인 칼럼을 기준으로 데이터를 정렬하여 조인을 수행한다. NL Join 은 주로 랜덤 액세스 방식으로 데이터를 읽는 반면 Sort Merge Join 은 주로 스캔 방식으로 데이터를 읽는다. Sort Merge Join 은 랜덤 액세스로 NL Join 에서 부담이 되던 넓은 범위의 데이터를 처리할 때 이용되던 조인 기법이다. 그러나 Sort Merge Join 은 정렬할 데이터가 많아 메모리에서 모든 정렬 작업을 수행하기 어려운 경우에는 임시 영역(디스크)을 사용하기 때문에 성능이 떨어질 수 있다.

 

일반적으로 대량의 조인 작업에서 정렬 작업을 필요로 하는 Sort Merge Join보다는 CPU 작업 위주로 처리하는 Hash Join이 성능상 유리하다. 그러나 Sort Merge Join은 Hash Join 과는 달리 동등 조인 뿐만 아니라 비동등 조인에 대해서도 조인 작업이 가능하다는 장점이 있다.

 

 

 

1. 선행 테이블에서 주어진 조건을 만족하는 행을 찾음

2. 선행 테이블의 조인 키를 기준으로 정렬 작업을 수행

1~2번 작업을 선행 테이블의 조건을 만족하는 모든 행에 대해 반복 수행

3. 후행 테이블에서 주어진 조건을 만족하는 행을 찾음

4. 후행 테이블의 조인 키를 기준으로 정렬 작업을 수행

3~4번 작업을 후행 테이블의 조건을 만족하는 모든 행에 대해 반복 수행

5. 정렬된 결과를 이용하여 조인을 수행하며 조인에 성공하면 추출 버퍼에 넣음

 

 

Sort Merge Join은 조인 칼럼의 인덱스를 사용하지 않기 때문에 조인 칼럼의 인덱스가 존재하지 않을 경우에도 사용할 수 있는 조인 기법이다. Sort Merge Join에서 조인 작업을 위해 항상 정렬 작업이 발생하는 것은 아니다. 예를 들어 조인할 테이블 중에서 이미 앞 단계의 작업을 수행하는 도중에 정렬 작업이 미리 수행되었다면, 조인을 위한 정렬 작업은 발생하지 않을 수 있다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Hash Join

Hash Join 은 해싱 기법을 이용하여 조인을 수행한다. 조인을 수행할 테이블의 조인 칼럼을 기준으로 해쉬 함수를 수행하여 서로 동일한 해쉬 값을 갖는 것들 사이에서 실제 값이 같은지를 비교하면서 조인을 수행한다. Hash Join 은 NL Join 의 랜덤 액세스 문제점과 Sort Merge Join 의 문제점인 정렬 작업의 부담을 해결하기위한 대안으로 등장하였다.

 

 

1. 선행 테이블에서 주어진 조건을 만족하는 행을 찾음

2. 선행 테이블의 조인 키를 기준으로 해쉬 함수를 적용하여 해쉬 테이블 생성 -> 조인 칼럼과 SELECT 절에서 필요로 하는 칼럼도 함께 저장됨

1~2번 작업을 선행 테이블의 조건을 만족하는 모든 행에 대해 반복 수행

3. 후행 테이블에서 주어진 조건을 만족하는 행을 찾음

4. 후행 테이블의 조인 키를 기준으로 해쉬 함수를 적용하여 해당 버킷을 찾음 -> 조인 키를 이용해서 실제 조인될 데이터를 찾음

5. 조인에 성공하면 추출 버퍼에 넣음

3~5번 작업을 후행 테이블의 조건을 만족하는 모든 행에 대해 반복 수행

 

 

 

Hash Join은 조인 칼럼의 인덱스를 사용하지 않기 때문에 조인 칼럼의 인덱스가 존재하지 않을 경우에도 사용할 수 있는 조인 기법이다. Hash Join 은 해쉬 함수를 이용하여 조인을 수행하기 때문에 '='로 수행하는 조인 즉, 동등 조인에서만 사용할 수 있다. 해쉬 함수를 적용한 값은 어떤 값으로 해슁될 지 알 수 없다. 해쉬 함수가 적용될 때 동일한 값은 항상 같은 값으로 해슁됨이 보장된다. 그러나 해쉬 함수를 적용할 때 보다 큰 값이 항상 큰 값으로 해슁되고 작은 값이 항상 작은 값으로 해슁된다는 보장은 없다. 그렇기 때문에 Hash Join 은 동등 조인에서만 사용할 수 있다.

 

 

 

위 그림과 같이 Hash Join 은 조인 작업을 수행하기 위해 해쉬 테이블을 메모리에 생성해야 한다. 생성된 해쉬 테이블의 크기가 메모리에 적재할 수 있는 크기보다 더 커지면 임시 영역(디스크) 에 해쉬 테이블을 저장한다. 그러면 추가적인 작업이 필요해 진다. 그렇기 때문에 Hash Join 을 할 때는 결과 행의 수가 적은 테이블을 선행 테이블로 사용하는 것이 좋다. 선행 테이블의 결과를 완전히 메모리에 저장할 수 있다면 임시 영역에 저장하는 작업이 발생하지 않기 때문이다. Hash Join 에서는 선행 테이블을 이용하여 먼저 해쉬 테이블을 생성한다고 해서 선행 테이블을 Build Input 이 라고도 하며, 후행 테이블은 만들어진 해쉬 테이블에 대해 해쉬 값의 존재여부를 검사한다고 해서 Prove Input 이라고도 한다.

 

 

 

 

 

 

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출처
이 글의 내용은 모두 한국데이터베이스진흥원이 출판한 SQL 전문가 가이드 2013 Edition을 기본으로 한다.