조인수행원리(NL Join, Sort Merge Join, Hash Join)

조인(Join)

두 개 이상의 테이블을 하나의 집합으로 만드는 연산

 

→ SQL문에서 FROM 절에 두 개 이상의 테이블이 나열될 경우 조인이 수행됨.

 

• FROM 절에 세 개의 테이블이 존재하더라도 세 개의 테이블이 동시에 조인이 수행되는 것이 아니라, 먼저 두 개의 테이블에 대해 조인이 수행된 후 먼저 수행된 조인 결과와 나머지 테이블 사이에서 조인이 수행된다.
• 테이블 또는 조인 결과를 이용하여 조인을 수행할 때 조인 단계별로 다른 조인 기법을 사용할 수 있다.

[조인 기법]

: NL Join, Hash Join, Sort Merge Join

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1) NL Join

중첩된 반복문과 유사한 방식으로 조인 수행

Nested Loop
: 루프 구조 내부에 하나 이상의 또 다른 내부 루프 구조를 갖는 형태로 바깥쪽에 위치한 루프를 외부 루프, 안쪽에 위치한 루프를 내부 루프라고 한다.

 

반복문의 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.

 

- NL Join 작업 방법

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

 

- NL Join 동작

▲ 그림에서 인덱스는 B-트리 인덱스의 리프 블록만 그린 것.

▲ 그림에서 선행 테이블에 사용할 인덱스가 없음을 가정.

~ 만약 선행 테이블에 사용 가능한 인덱스가 존재한다면 인덱스를 통해 선행 테이블을 엑세스 할 수 있다. ~

 

① 선행 테이블에서 조건을 만족하는 첫 번째 행을 찾음.

→ 선행 테이블에 주어진 조건을 만족하지 않는 경우 해당 데이터는 필터링 된다.

② 선행 테이블의 조인 키를 가지고 후행 테이블에 조인 키가 존재하는지 찾음. (조인 시도)

③ 후행 테이블의 인덱스에 선행 테이블의 조인 키가 존재하는지 확인.

→ 선행 테이블의 조인 값이 후행 테이블에 존재하지 않으면 선행 테이블 데이터는 필터링 되며 더 이상 조인 작업을 진행할 필요가 없어진다.

④ 인덱스에서 추출한 레코드 식별자를 이용하여 후행 테이블을 액세스. (인덱스 스캔을 통한 테이블 액세스)

     후행 테이블에 주어진 조건까지 모두 만족하면 해당 행을 추출 버퍼에 넣음.

추출 버퍼(= 운반 단위, Array Size, Prefetch Size)
: SQL문의 실행 결과를 보관하는 버퍼
- 일정 크기를 설정.
- 추출 버퍼에 결과가 모두 차거나 더 이상 결과가 없어서 추출 버퍼를 채울 것이 없으면 결과를 사용자에게 반환.

 

- NL Join 특징

NL Join 기법은 조인이 성공하면 조인 결과를 바로 사용자에게 보여줄 수 있다.
→ 결과를 빨리 보여줘야하는 온라인 프로그램에 적당.

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2) Sort Merge Join

조인 칼럼을 기준으로 데이터를 정렬하여 조인 수행

 

- NL Join은 주로 랜덤 액세스 방식으로 데이터를 읽는 반면, Sort Merge Join은 주로 스캔 방식으로 데이터를 읽는다.

   → 랜덤 엑세스인 NL Join에서 부담이 되던 넓은 범위의 데이터를 처리할 때 이용되던 조인 기법

   → 정렬할 데이터가 많아서 메모리에서 모든 정렬 작업을 수행하기 어려운 경우, 임시 영역(디스크)을 사용하기 때문에 성능이 떨어질 수 있다.

 

- Sort Merge Join 동작

① 선행 테이블에서 조건을 만족하는 행을 찾음.

② 선행 테이블의 조인 키를 기준으로 정렬 작업을 수행함.

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 수행함.

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

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

 

- Sort Merge Join 특징

▶ 조인 칼럼의 인덱스를 사용하지 않는다.
→ 조인 칼럼의 인덱스가 존재하지 않을 경우에도 사용할 수 있다.
▶ 조인 작업을 위해 항상 정렬 작업이 발생하는 것은 아니다.
→ 이미 앞단계의 작업을 수행하는 중 정렬 작업이 미리 수행되었다면 조인을 위한 정렬 작업은 발생하지 않을 수 있다.
▶ Hash 조인과 달리 동등 조인(Equi Join) 뿐만 아니라 비동등 조인(Non-Equi Join)에 대해서도 조인 작업이 가능하다.

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3) Hash Join

Hashing 기법을 이용하여 조인을 수행

Hashing 기법
: 하나의 문자열을 보다 빨리 찾을 수 있도록, 주소에 직접 접근할 수 있는 짧은 길이의 값이나 키로 변환하는 것.

 

- 조인을 수행할 테이블의 조인 칼럼을 기준으로 해쉬 함수를 수행하여 서로 동일한 해쉬 값을 갖는 것들 사이에서 실제 값이 같은지를 비교하며 조인을 수행.

- NL Join의 랜덤 액세스 문제점과 Sort Merge Join의 정렬 작업의 부담을 해결하기 위한 대안으로 등장.

 

- Hash Join 동작

① 선행 테이블에서 조건을 만족하는 행을 찾음.

② 선행 테이블의 조인 키를 기준으로 해쉬 함수를 적용하여 해쉬 테이블을 작성.

→ 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 Join 특징

▶ 조인 칼럼의 인덱스를 사용하지 않는다.
→ 조인 칼럼의 인덱스가 존재하지 않을 경우에도 사용할 수 있다.
▶ 해쉬 함수를 이용하여 조인을 수행한다.
→ '='로 수행하는 동등 조인에서만 사용할 수 있다.
→ 해쉬 함수가 적용될 때 동일한 값은 항상 같은 값으로 Hashing 됨이 보장되지만, 큰 값과 작은값이 항상 크고 작은 값으로 Hashing 된다는 보장은 없다.
▶ 조인 작업을 수행하기 위해 해쉬 테이블을 메모리에 생성한다.
→ 생성된 해쉬 테이블의 크기가 메모리에 적재할 수 있는 크기보다 더 커지면 임시 영역(디스크)에 해쉬 테이블을 저장한다. (추가적인 작업이 필요)
→ 결과 행의 수가 적은 테이블을 선행 테이블로 사용하는 것이 좋다.