蔡朝暉，付丹丹，蘇 丹

（大慶師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江大慶163712）

基于ADO.NET的數(shù)據(jù)訪問編碼優(yōu)化

蔡朝暉，付丹丹，蘇 丹

（大慶師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江大慶163712）

分析了數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序在運(yùn)行中出現(xiàn)的性能問題，進(jìn)而討論了基于ADO.NET的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問技術(shù)的優(yōu)化原則，并針對(duì)具體的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)編寫了相應(yīng)的優(yōu)化數(shù)據(jù)訪問代碼。

數(shù)據(jù)訪問；數(shù)據(jù)庫(kù)中間件；性能優(yōu)化；ADO.NET技術(shù)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)硬件變得更快更廉價(jià)，大多數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信，而不再是直接通過單個(gè)計(jì)算機(jī)中的內(nèi)部進(jìn)程進(jìn)行通信。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)軟件則需要提供在應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接，即所謂的數(shù)據(jù)庫(kù)中間件，因此企業(yè)出現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)連接標(biāo)準(zhǔn)的需求，通用的應(yīng)用程序編程接口（application programming interface，API）應(yīng)運(yùn)而生。例如ODBC（Open Database Connectivity，開放式數(shù)據(jù)庫(kù)連接）的出現(xiàn)，解決了開發(fā)人員對(duì)于不同數(shù)據(jù)源Microsoft SQL Server、Oracle和IBM DB2等的數(shù)據(jù)訪問的統(tǒng)一接口問題。

隨著數(shù)據(jù)庫(kù)連接標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序被添加到數(shù)據(jù)庫(kù)中間件層，即數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序處理基于標(biāo)準(zhǔn)的API函數(shù)調(diào)用，向數(shù)據(jù)庫(kù)提交SQL（Structured Query Language，結(jié)構(gòu)化查詢語言）請(qǐng)求，并向應(yīng)用程序返回結(jié)果。但同時(shí)數(shù)據(jù)訪問中間件的使用，也為應(yīng)用程序的性能問題添加了新的隱患。

目前，開發(fā)人員面臨的系統(tǒng)性能問題是：即使數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)試得很好，數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序的運(yùn)行情況卻并不總是盡如人意。其主要原因是：相比于之前處理請(qǐng)求時(shí)間大多用在DBMS（Data Base Management System，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)）上，近幾年，應(yīng)用系統(tǒng)處理請(qǐng)求時(shí)間的75%～95%則花費(fèi)在了數(shù)據(jù)庫(kù)中間件上［1］。

在本文中，我們討論了基于ADO.NET（ActiveX Data Objects for the.NET）的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問技術(shù)的優(yōu)化原則和方法，并針對(duì)具體教學(xué)項(xiàng)目案例《畢業(yè)論文管理系統(tǒng)》設(shè)計(jì)編寫了相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問代碼。

1 應(yīng)用程序性能問題分析

數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序中的性能問題，一般由于以下4個(gè)方面原因引起的［1］：

1）網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)包的容量設(shè)定

網(wǎng)絡(luò)常見性能問題是完成一個(gè)操作需要的往返次數(shù)。在應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)之間發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)越少，意味著在數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序之間的往返次數(shù)越少。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序的選擇

在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序部署中，選擇使用哪個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)性能有很大的影響。一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序，能夠更加高效地處理連接池和內(nèi)存管理。

3）環(huán)境配置

內(nèi)存的適時(shí)分配與釋放、服務(wù)器端與客戶端彼此操作系統(tǒng)的字節(jié)順序是否匹配等都會(huì)影響應(yīng)用程序性能；另外，在當(dāng)前虛擬化的新趨勢(shì)下，硬件資源的使用很容易達(dá)到極限，檢測(cè)產(chǎn)生硬件（內(nèi)存、磁盤I／O、CPU以及網(wǎng)絡(luò)適配器）瓶頸的原因變得更加困難。

4）數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序編碼不良

如果應(yīng)用程序代碼的效率不高，應(yīng)用程序向數(shù)據(jù)庫(kù)中間件發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求的性能就會(huì)降低。例如對(duì)事務(wù)管理的提交方式，如果使用默認(rèn)的自動(dòng)提交模式就會(huì)對(duì)應(yīng)用程序造成嚴(yán)重的性能限制，因?yàn)閷?duì)于大多基于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序，默認(rèn)的事務(wù)模式需要數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序在每個(gè)API請(qǐng)求之后處理昂貴的Commit操作。

2 基于ADO.NET的性能優(yōu)化原則

2.1 ADO.NET概述

ADO.NET是一組用于和數(shù)據(jù)源進(jìn)行交互的面向?qū)ο箢悗?kù)，用于讀寫數(shù)據(jù)庫(kù)，是Microsoft希望在.NET編程環(huán)境中優(yōu)先使用的數(shù)據(jù)訪問接口。訪問過程如圖1所示。

圖1 ADO.NET數(shù)據(jù)訪問過程

2.2 ADO.NET數(shù)據(jù)訪問模式

在ADO.NET組件中包含兩個(gè)核心組件，分別是.NET Framework數(shù)據(jù)提供程序和數(shù)據(jù)集DataSet。

基于ADO.NET的客戶端應(yīng)用程序有兩種數(shù)據(jù)訪問模式，即通過DataSet對(duì)象訪問數(shù)據(jù)模式和通過DataReader對(duì)象訪問數(shù)據(jù)模式。如圖2所示。

圖2 ADO.NET數(shù)據(jù)訪問模式

ADO.NET的兩種數(shù)據(jù)訪問模式本身就為應(yīng)用程序提供了可優(yōu)化選擇：使用DataSet對(duì)象是數(shù)據(jù)集斷開式（也稱非連接式）數(shù)據(jù)訪問模式，使用DataReader對(duì)象則是連接式數(shù)據(jù)訪問模式。

其中的DataSet對(duì)象是ADO.NET技術(shù)基于ADO技術(shù)的重大變化和革新，旨在解決Web應(yīng)用程序的松耦合特性以及其在本質(zhì)上互不關(guān)聯(lián)的特性［2］。

如圖2所示，DataSet對(duì)象通過DataAdepter對(duì)象訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，它不直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問，從而實(shí)現(xiàn)了斷開式的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問。DataSet對(duì)象代表數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)存緩存［2］，由于其獨(dú)立于數(shù)據(jù)庫(kù)，所以配合了連接池的管理方式，在數(shù)據(jù)庫(kù)連接上為系統(tǒng)性能優(yōu)化提供了保證。

2.3 ADO.NET訪問數(shù)據(jù)庫(kù)方法及步驟

（1）使用連接對(duì)象connection連接數(shù)據(jù)源；

（2）使用命令對(duì)象Command執(zhí)行SQL語句或存儲(chǔ)過程操縱數(shù)據(jù)庫(kù)；

（3）使用數(shù)據(jù)讀取器對(duì)象DataReader讀取數(shù)據(jù)，或者使用數(shù)據(jù)集對(duì)象DataSet和數(shù)據(jù)適配器對(duì)象DataAdapter訪問數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.4 性能優(yōu)化通用原則

在應(yīng)用程序開發(fā)中，對(duì)ADO.NET應(yīng)用程序進(jìn)行性能優(yōu)化是一件很復(fù)雜的事情。首先，當(dāng)代碼運(yùn)行緩慢時(shí)，數(shù)據(jù)提供程序是不會(huì)拋出異常進(jìn)行通知的；其次，因?yàn)椴煌瑪?shù)據(jù)提供程序之間，編程概念有一定的差異，編寫.NET應(yīng)用程序比編寫ODBC或JDBC應(yīng)用程序更復(fù)雜。

所以，所謂的性能優(yōu)化通用原則［1］，是指我們所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)訪問編碼，它們具體實(shí)現(xiàn)了以下4個(gè)目標(biāo)中的一個(gè)或多個(gè)：

（1）降低網(wǎng)絡(luò)通信量；

（2）限制磁盤I／O；

（3）優(yōu)化應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序之間的交互；

（4）簡(jiǎn)化查詢。

3 ADO.NET編碼優(yōu)化建議

3.1 使用連接池管理連接

數(shù)據(jù)庫(kù)連接可能需要付出較昂貴的時(shí)間和資源成本，為了緩解這個(gè)成本問題，許多數(shù)據(jù)提供者都支持連接池（Connection Pooling）。默認(rèn)情況下，ADO.NET中啟用連接池，除非以顯式形式禁用，否則，連接在應(yīng)用中打開和關(guān)閉時(shí)，池進(jìn)程將對(duì)連接進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)化原理［2］：連接池可以減少新連接需要打開的次數(shù)。池進(jìn)程保持物理連接的所有權(quán)。通過為每個(gè)給定的連接配置保留一組連接來管理連接。只要用戶在連接上調(diào)用Open，池進(jìn)程就會(huì)檢查池中是否有可用的連接。如果某個(gè)池連接可用，會(huì)將該連接返回給調(diào)用者，而不是打開新連接。應(yīng)用程序在該連接上調(diào)用Close時(shí)，池進(jìn)程會(huì)將該連接返回到活動(dòng)連接池中，而不是真正關(guān)閉連接。連接返回到池中后，即可在下一個(gè)Open調(diào)用中使用。

3.2 使用手動(dòng)提交模式管理事務(wù)

提交或回滾事務(wù)是比較緩慢的，因?yàn)樯婕暗酱疟PI／O，同時(shí)潛在地需要大量的網(wǎng)絡(luò)往返，通常建議在應(yīng)用程序中關(guān)閉自動(dòng)提交模式，并同時(shí)使用手動(dòng)提交模式；另外，除非必須使用分布式事務(wù)，否則應(yīng)使用本地事務(wù)。

優(yōu)化原理：自動(dòng)提交模式下，每次成功操作之后，數(shù)據(jù)提供程序就向數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送一個(gè)提交請(qǐng)求，需要進(jìn)行一次網(wǎng)絡(luò)往返；而使用手動(dòng)提交模式，應(yīng)用程序可以控制何時(shí)提交數(shù)據(jù)庫(kù)工作，避免了不必要的事務(wù)自動(dòng)提交。至于優(yōu)先選擇本地事務(wù)模型，是由于本地事務(wù)訪問和更新位于單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，而分布式事務(wù)訪問和更新位于多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，事務(wù)須協(xié)調(diào)這些數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.3 選擇合適的SQL語句、程序和方法

（1）選擇執(zhí)行SQL語句的Command對(duì)象方法

使用Command對(duì)象方法執(zhí)行SQL語句時(shí)，有選擇地使用以下方法：ExecuteNonQuery、ExecuteReader、ExecuteScalar，可以得到最佳性能。

執(zhí)行不檢索數(shù)據(jù)的SQL語句（如Update、Insert、Delete），使用ExecuteNonQuery方法，因?yàn)榇朔椒ㄖ环祷赜绊懹涗洈?shù)量，不返回實(shí)際記錄；如果SQL語句檢索單個(gè)數(shù)值（總數(shù)或個(gè)數(shù)），使用ExecuteScalar方法，因?yàn)榇朔椒ǚ祷亟Y(jié)果集中第一條記錄的第一列。

（2）選擇使用語句或預(yù)先編譯的語句

如果正在使用只會(huì)執(zhí)行一次的SQL語句，選擇使用語句，因?yàn)樵撜Z句不會(huì)被放入語句池，這樣可以避免相應(yīng)的在池中查找該語句的負(fù)擔(dān)。當(dāng)SQL語句執(zhí)行頻率較高時(shí)，建議使用預(yù)先編譯的Command對(duì)象。

（3）使用參數(shù)數(shù)組或批處理

當(dāng)更新大量數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用參數(shù)數(shù)組或SQL語句的批處理。盡管參數(shù)數(shù)組使用更多的CPU循環(huán)，但是通過減少網(wǎng)絡(luò)往返次數(shù)可以提升性能。

（4）使用批量加載

如果有大量數(shù)據(jù)需要插入到數(shù)據(jù)庫(kù)表中，使用批量加載比參數(shù)數(shù)組更快。使用批量加載時(shí)，記錄在一個(gè)連續(xù)的流中從數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端發(fā)送到數(shù)據(jù)庫(kù)，從而不會(huì)生成額外的網(wǎng)絡(luò)往返；此外，當(dāng)執(zhí)行批量加載時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)能夠優(yōu)化插入記錄的方式。但使用批量加載可能會(huì)忽略參照完整性，從而引起數(shù)據(jù)的一致性問題。

（5）使用純托管提供程序

使用純托管代碼，.NET程序集運(yùn)行于CLR（Command Language Runtime，公共語言運(yùn)行庫(kù)）內(nèi)部，與數(shù)據(jù)提供程序連接到非托管代碼或在CLR外部運(yùn)行時(shí)相比，內(nèi)部調(diào)用的相關(guān)開銷會(huì)降低5%～100%。尤其是應(yīng)用程序服務(wù)器運(yùn)行繁忙時(shí)，性能對(duì)比更明顯。

3.4 控制檢索數(shù)據(jù)量

（1）設(shè)計(jì)應(yīng)用程序從select列表中排除長(zhǎng)數(shù)據(jù)

通過網(wǎng)絡(luò)檢索長(zhǎng)數(shù)據(jù)速度比較慢，并且需要消耗大量的資源。而且大多用戶實(shí)際上不希望查看長(zhǎng)數(shù)據(jù)。以下列出盡量避免使用的長(zhǎng)數(shù)據(jù)類型：大XML數(shù)據(jù)、長(zhǎng)文本、長(zhǎng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)、Clob以及Blob。

（2）限制檢索數(shù)據(jù)量

限制在驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)通信量，可以通過確保select語句及其所使用where子句限制檢索返回結(jié)果的數(shù)據(jù)量；當(dāng)不能避免檢索會(huì)產(chǎn)生大量網(wǎng)絡(luò)通信量時(shí)，應(yīng)用程序可以限制通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的記錄數(shù)量，同時(shí)降低通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的每條記錄的大小，從而控制數(shù)據(jù)庫(kù)向驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送的數(shù)據(jù)量。

（3）選擇處理效率比較高的數(shù)據(jù)類型

處理速度從最快到最慢的數(shù)據(jù)類型：binary（二進(jìn)制），int、smallint、float（32位整數(shù)、16位整數(shù)、64位小數(shù)），decimal（十進(jìn)制），timestamp（時(shí)間戳），char（字符）。

圖3顯示了當(dāng)屬性列分別定義為64位整數(shù)類型與decimal（20）類型時(shí)，每秒返回的記錄數(shù)量的比較。

圖3 不同數(shù)據(jù)類型的性能比較

4 數(shù)據(jù)訪問編碼實(shí)例及優(yōu)化分析

針對(duì)《畢業(yè)論文管理系統(tǒng)》中的“修改選題”功能，采用了上述優(yōu)化建議，規(guī)避了數(shù)據(jù)訪問中影響應(yīng)用程序性能的主要問題，設(shè)計(jì)編寫了相關(guān)的優(yōu)化測(cè)試代碼。其優(yōu)化的主要方面包括：

（1）及時(shí)關(guān)閉不使用的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，當(dāng)然這些連接還保持在連接池中；

（2）設(shè)置管理事務(wù)的提交模式為手動(dòng)提交，其中設(shè)計(jì)相關(guān)的完整操作“修改選題”在同一事務(wù)中；

（3）使用純托管提供程序，即使用SQL Server專用的內(nèi)置.NET數(shù)據(jù)提供者對(duì)基礎(chǔ)功能進(jìn)行直接訪問；

（4）選用DataReader對(duì)象查看“論文選題”情況；

（5）選用DataSet對(duì)象完成“修改題目”操作的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)表數(shù)據(jù)的更新，并使用顯示方式更新數(shù)據(jù)。

4.1 編碼實(shí)例

／／以下代碼用C＃語言編寫

說明：①連接字符串中設(shè)置Integrated Security＝SSPI（集成安全性）時(shí)，可以使用windows身份驗(yàn)證；連接字符串中設(shè)置Connect Timeout＝5，連接被銷毀前，此連接在連接池中生存的最短時(shí)間為5秒；連接字符串中設(shè)置MultipleActiveResultSets＝true，為數(shù)據(jù)連接復(fù)用。

②交互操作部分代碼略去。

4.2 編碼優(yōu)化分析

（1）使用using指令引用專用內(nèi)置的.NET數(shù)據(jù)提供程序；

（2）使用try／catch塊處理連接異常，同時(shí)在finally塊中顯示關(guān)閉連接，確保及時(shí)關(guān)閉不使用的連接，避免等待垃圾收集器清除不用連接的時(shí)間，而間接影響其他連接的等待時(shí)間；

（3）使用Transaction對(duì)象處理一個(gè)功能的兩部分操作，即通過事務(wù)管理，確保數(shù)據(jù)庫(kù)的一致性和完整性。同時(shí)使用事務(wù)的顯示提交或回滾，避免了不必要的事務(wù)自動(dòng)提交；

（4）檢索大量只讀數(shù)據(jù)時(shí)，選DataReader對(duì)象；（5）插入、更新或刪除數(shù)據(jù)時(shí)，選用DataSet對(duì)象。

5 結(jié)語

數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)會(huì)直接影響所開發(fā)的應(yīng)用程序性能，軟件設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員應(yīng)特別注意這一點(diǎn)。由于為了收集數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)信息，應(yīng)用程序經(jīng)常需要通過代碼建立連接，而建立連接對(duì)性能的影響非常大，所以為了達(dá)到最好的性能，必須考慮相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。

本文編碼優(yōu)化涉及的幾個(gè)關(guān)鍵的應(yīng)用程序功能區(qū)包括：數(shù)據(jù)庫(kù)連接配置、事務(wù)提交模式、SQL語句執(zhí)行以及數(shù)據(jù)檢索設(shè)計(jì)。

［1］John Goodson，Robert A.Steward.數(shù)據(jù)訪問寶典［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010：155-176.

［2］龔根華，王煒立.ADO.NET數(shù)據(jù)訪問技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012：25-33，74-75，87-138.

［3］Shawn Eildermuth，Mark Blomsma，Jim Wightman.ADO.NET應(yīng)用程序開發(fā)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010：1-33，105-120.

蔡朝暉（1968-），女，黑龍江大慶人，大慶師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院副教授，博士生，從事數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)研究。

大慶師范學(xué)院教學(xué)改革研究資助項(xiàng)目（JY1230）。

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2095-0063（2013）06-0026-05

2013-08-21