Oracle数据库之FORALL与BULK COLLECT语句

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1 PL/SQL块的执行过程

当PL/SQL运行时引擎处理一块代码时，它使用PL/SQL引擎来执行过程化的代码，而将 SQL 语句发送给SQL引擎来执行；

SQL引擎执行完毕后，将结果再返回给PL/SQL引擎。这种在PL/SQL引擎和SQL引擎之间的交互，称为上下文交换（context switch）。

每发生一次交换，就会带来一定的额外开销。

2 FORALL和BULK COLLECT特点

这两个语句在PL/SQL内部进行一种数组处理,BULK COLLECT提供对数据的高速检索，FORALL可大大改进INSERT、UPDATE和DELETE操作的性能。Oracle数据库使用这些语句大大减少了PL/SQL与SQL语句执行引擎的环境切换次数，从而使其性能有了显著提高。

1. FORALL，用于增强PL/SQL引擎到SQL引擎的交换。
2. BULK COLLECT，用于增强SQL引擎到PL/SQL引擎的交换。

如果你要插入5000条数据，一般情况下，在pl/sql中用for循环，循环插入5000次，而用forall一次就可以插入5000条，提高了性能和速度。

3 FORALL介绍

使用FORALL，可以将多个DML批量发送给SQL引擎来执行，最大限度地减少上下文交互所带来的开销。

3.1 FORALL语法

FORALL index_name IN
    { lower_bound .. upper_bound
     | INDICES OF collection_name [ BETWEEN lower_bound AND upper_bound ]
     | VALUES OF index_collection
    }
 [ SAVE EXCEPTIONS ] dml_statement;

说明：

1. index_name：一个无需声明的标识符，作为集合下标使用。
2. lower_bound .. upper_bound：数字表达式，来指定一组连续有效的索引数字下限和上限。该表达式只需解析一次。
3. INDICES OF collection_name：用于指向稀疏数组的实际下标。跳过没有赋值的元素，例如被 DELETE 的元素，NULL 也算值。
4. VALUES OF index_collection_name：把该集合中的值当作下标，且该集合值的类型只能是 PLS_INTEGER/BINARY_INTEGER。
5. SAVE EXCEPTIONS：可选关键字，表示即使一些DML语句失败，直到FORALL LOOP执行完毕才抛出异常。可以使用SQL%BULK_EXCEPTIONS 查看异常信息。
6. dml_statement：静态语句，例如：UPDATE或者DELETE；或者动态（EXECUTE IMMEDIATE）DML语句。

3.2 FORALL案例

见sqlscripts/forall-bulkcollect包下的sql脚本事例

3.3 FORALL注意事项

使用FORALL时，应该遵循如下规则：

1. FORALL语句的执行体，必须是一个单独的DML语句，比如INSERT，UPDATE或DELETE。
2. 不要显式定义index_row，它被PL/SQL引擎隐式定义为PLS_INTEGER类型，并且它的作用域也仅仅是FORALL。
3. 这个DML语句必须与一个集合的元素相关，并且使用FORALL中的index_row来索引。注意不要因为index_row导致集合下标越界。
4. lower_bound和upper_bound之间是按照步进 1 来递增的。
5. 在sql_statement中，不能单独地引用集合中的元素，只能批量地使用集合。
6. 在sql_statement中使用的集合，下标不能使用表达式。

--error statement
--1.insert into test2 values dr_table(i);dbms_output.put_line(i);不正确，找不到i，因为forall中只能使用单条语句可以引用索引变量
--2.insert into test2 values(dr_table(i).id,dr_table(i).name);集合的field不可以在forall中使用，必须是整体使用
--3.insert into test2 values dr_table(i+1);错误，不可以对索引变量进行运算
--4.insert into test2 values(dr_table(i));报没有足够的值错误，此处外面不可以加括号，当有多个字段的时候，单个字段可以加括号

4 BULK COLLECT的使用

4.1 在SELECT INTO中使用BULK COLLECT

DECLARE
  -- 定义记录类型
  TYPE EMP_REC_TYPE IS RECORD(
    EMPNO    EMP.EMPNO%TYPE,
    ENAME    EMP.ENAME%TYPE,
    HIREDATE EMP.HIREDATE%TYPE);
  -- 定义基于记录的嵌套表
  TYPE NESTED_EMP_TYPE IS TABLE OF EMP_REC_TYPE;
  -- 声明变量
  EMP_TAB NESTED_EMP_TYPE;
BEGIN
  -- 使用BULK COLLECT将所得的结果集一次性绑定到记录变量emp_tab中
  SELECT EMPNO, ENAME, HIREDATE BULK COLLECT INTO EMP_TAB FROM EMP;

  FOR I IN EMP_TAB.FIRST .. EMP_TAB.LAST LOOP
    DBMS_OUTPUT.PUT_LINE('当前记录： ' || EMP_TAB(I)
                         .EMPNO || CHR(9) || EMP_TAB(I)
                         .ENAME || CHR(9) || EMP_TAB(I).HIREDATE);
  END LOOP;
END;

说明：使用BULK COLLECT一次即可提取所有行并绑定到记录变量，这就是所谓的批量绑定。

4.2 在FETCH INTO中使用BULK COLLECT

在游标中可以使用BLUK COLLECT一次取出一个数据集合，比用游标单条取数据效率高，尤其是在网络不大好的情况下。

语法：

FETCH ... BULK COLLECT INTO ...[LIMIT row_number];

注意：

1. 在使用BULK COLLECT子句时，对于集合类型会自动对其进行初始化以及扩展。因此如果使用BULK COLLECT子句操作集合，则无需对集合进行初始化以及扩展。
2. 由于BULK COLLECT的批量特性，如果数据量较大，而集合在此时又自动扩展，为避免过大的数据集造成性能下降，因此可以使用LIMIT子句来限制一次提取的数据量。
   LIMIT子句只允许出现在FETCH操作语句的批量中.

DECLARE
  CURSOR EMP_CUR IS
    SELECT EMPNO, ENAME, HIREDATE FROM EMP;

  TYPE EMP_REC_TYPE IS RECORD(
    EMPNO    EMP.EMPNO%TYPE,
    ENAME    EMP.ENAME%TYPE,
    HIREDATE EMP.HIREDATE%TYPE);
  -- 定义基于记录的嵌套表
  TYPE NESTED_EMP_TYPE IS TABLE OF EMP_REC_TYPE;
  -- 声明集合变量
  EMP_TAB NESTED_EMP_TYPE;
  -- 定义了一个变量来作为limit的值
  V_LIMIT PLS_INTEGER := 5;
  -- 定义变量来记录FETCH次数
  V_COUNTER PLS_INTEGER := 0;
BEGIN
  OPEN EMP_CUR;

  LOOP
    -- fetch时使用了BULK COLLECT子句
    FETCH EMP_CUR BULK COLLECT
      INTO EMP_TAB LIMIT V_LIMIT; -- 使用limit子句限制提取数据量

    EXIT WHEN EMP_TAB.COUNT = 0; -- 注意此时游标退出使用了emp_tab.COUNT，而不是emp_cur%notfound
    V_COUNTER := V_COUNTER + 1; -- 记录使用LIMIT之后fetch的次数

    FOR I IN EMP_TAB.FIRST .. EMP_TAB.LAST LOOP
      DBMS_OUTPUT.PUT_LINE('当前记录： ' || EMP_TAB(I)
                           .EMPNO || CHR(9) || EMP_TAB(I)
                           .ENAME || CHR(9) || EMP_TAB(I).HIREDATE);
    END LOOP;
  END LOOP;

  CLOSE EMP_CUR;

  DBMS_OUTPUT.PUT_LINE('总共获取次数为：' || V_COUNTER);
END;

4.3 在RETURNING INTO中使用BULK COLLECT

BULK COLLECT除了与SELECT，FETCH进行批量绑定之外，还可以与INSERT，DELETE，UPDATE语句结合使用。

当与这几个DML语句结合时，需要使用RETURNING子句来实现批量绑定。

DECLARE
  TYPE EMP_REC_TYPE IS RECORD(
    EMPNO    EMP.EMPNO%TYPE,
    ENAME    EMP.ENAME%TYPE,
    HIREDATE EMP.HIREDATE%TYPE);
  TYPE NESTED_EMP_TYPE IS TABLE OF EMP_REC_TYPE;
  EMP_TAB NESTED_EMP_TYPE;
BEGIN
  DELETE FROM EMP
   WHERE DEPTNO = 20 RETURNING EMPNO, ENAME, HIREDATE -- 使用returning 返回这几个列
   BULK COLLECT INTO EMP_TAB; -- 将返回的列的数据批量插入到集合变量

  DBMS_OUTPUT.PUT_LINE('删除 ' || SQL%ROWCOUNT || ' 行记录');
  COMMIT;

  IF EMP_TAB.COUNT > 0 THEN
    -- 当集合变量不为空时，输出所有被删除的元素
    FOR I IN EMP_TAB.FIRST .. EMP_TAB.LAST LOOP
      DBMS_OUTPUT.PUT_LINE('当前记录：' || EMP_TAB(I)
                           .EMPNO || CHR(9) || EMP_TAB(I)
                           .ENAME || CHR(9) || EMP_TAB(I)
                           .HIREDATE || ' 已被删除');
    END LOOP;
  END IF;
END;

4.4 BULK COLLECT的注意事项

1. BULK COLLECT INTO 的目标对象必须是集合类型。
2. 只能在服务器端的程序中使用BULK COLLECT，如果在客户端使用，就会产生一个不支持这个特性的错误。
3. 不能对使用字符串类型作键的关联数组使用BULK COLLECT子句。
4. 复合目标(如对象类型)不能在RETURNING INTO子句中使用。
5. 如果有多个隐式的数据类型转换的情况存在，多重复合目标就不能在BULK COLLECT INTO子句中使用。
6. 如果有一个隐式的数据类型转换，复合目标的集合(如对象类型集合)就不能用于BULK COLLECTINTO子句中

5 FORALL与BULK COLLECT综合运用

FORALL与BULK COLLECT是实现批量SQL的两个重要方式，我们可以将其结合使用以提高性能.

-- create tb_emp_test
 CREATE TABLE tb_emp_test AS
    SELECT empno, ename, hiredate
   FROM   EMP_TEST
   WHERE  1 = 0;

 DECLARE
   -- declare cursor
   CURSOR EMP_CUR IS
     SELECT EMPNO, ENAME, HIREDATE FROM EMP_TEST;
   -- 基于游标的嵌套表类型
   TYPE NESTED_EMP_TYPE IS TABLE OF EMP_CUR%ROWTYPE;
   -- 声明变量
   EMP_TAB NESTED_EMP_TYPE;
 BEGIN
   SELECT EMPNO, ENAME, HIREDATE BULK COLLECT
     INTO EMP_TAB
     FROM EMP_TEST
    WHERE SAL > 1000;

   -- 使用FORALL语句将变量中的数据插入到表tb_emp
   FORALL I IN 1 .. EMP_TAB.COUNT
     INSERT INTO
       (SELECT EMPNO, ENAME, HIREDATE FROM TB_EMP_TEST)
     VALUES EMP_TAB
       (I);

   COMMIT;
   DBMS_OUTPUT.PUT_LINE('总共向 tb_emp 表中插入记录数： ' || EMP_TAB.COUNT);
 END;

6 总结

1. limit减少内存占用，如果数据量较大一次性全部加载到内存中，对PGA来说压力太大，可采用limit的方法一次加载一定数量的数据，建议值通常为1000。使用limit时注意，循环的时候如果用while cursor_name%found loop，对于最后一次fetch的数据量不足设定值1000，%found条件就会不成立。示例使用v_oid_lst.count > 0作为判断条件。
2. 在写plsql代码块，定义数值变量时，建议采用pls_integer类型，或者simple_integer类型。两者的区别：

Oracle9i之前有binary_integer类型，和11g中引入的pls_integer数值范围相同：-2147483647~+2147483647，但pls_integer有更高的性能。两者性能均优于number类型。
Oracle中也引入了simple_integer类型，不过不能包含null值，范围：-2147483648~2147483647，性能优于pls_integer。

1. 使用ref cursor。
2. 使用绑定变量。
3. 自定义table类型。
4. Bulk collect into加载到内存中，处理完业务逻辑后forall批量插入到数据表中。
5. Forall可以使用returning bulk collect into，且可使用sql%rowcount返回其更新行数。
6. type numbers is table of number index by binary_integer/pls_integer/simple_integer; 其作用是:

1. 加了"index by binary_integer "后，numbers类型的下标就是自增长，numbers类型在插入元素时，不需要初始化，不需要每次extend增加一个空间。
2. 如果没有这句话"index by binary_integer"，那就得要显示对初始化，且每插入一个元素到numbers类型的table中时，都需要先extend。