[论文解读] XQuery Join Graph Isolation

Torsten Grust, Manuel Mayr+1 more|ArXiv.org|Oct 27, 2008

Advanced Database Systems and Queries参考文献 20被引用 9

一句话总结

本文提出了一种计划重写技术，将复杂且非连接图结构的XQuery代数计划转换为结构化的连接图，使现成的关系型查询优化器能够高效处理XQuery查询。通过隔离连接图结构，该方法使标准RDBMS引擎能够自主应用路径拼接和轴反转等高级优化策略，在无需定制XQuery特定优化的情况下实现高性能。

ABSTRACT

A purely relational account of the true XQuery semantics can turn any relational database system into an XQuery processor. Compiling nested expressions of the fully compositional XQuery language, however, yields odd algebraic plan shapes featuring scattered distributions of join operators that currently overwhelm commercial SQL query optimizers. This work rewrites such plans before submission to the relational database back-end. Once cast into the shape of join graphs, we have found off-the-shelf relational query optimizers--the B-tree indexing subsystem and join tree planner, in particular--to cope and even be autonomously capable of "reinventing" advanced processing strategies that have originally been devised specifically for the XQuery domain, e.g., XPath step reordering, axis reversal, and path stitching. Performance assessments provide evidence that relational query engines are among the most versatile and efficient XQuery processors readily available today.

研究动机与目标

• 为解决XQuery编译器生成的非连接图结构代数计划导致关系型数据库中XQuery处理效率低下的问题。
• 通过将执行计划转换为连接图形式，使现成的关系型查询优化器能够有效处理XQuery查询。
• 在计划重写过程中保持XQuery的顺序和去重语义，同时支持优化。
• 证明标准RDBMS查询优化器能够自主重新发现路径拼接和轴反转等高级XQuery特定优化技术。
• 建立一种纯粹关系型、与模式无关的XQuery处理方法，使用标准SQL查询引擎。

提出的方法

• 该方法将XQuery编译器的输出重写为包含单一FROM、WHERE和ORDER BY子句的单一优化SQL类似计划块。
• 它从嵌套的XQuery表达式中隔离出底层的连接图结构，特别是从深层嵌套的FOR循环和分散的排序/去重操作符中分离。
• 通过仔细操作选择、投影和重命名操作符，该转换保留了XQuery语义，包括顺序性和唯一性。
• 最终生成的计划表示为单一的SELECT-DISTINCT-FROM-WHERE-ORDER BY块，与标准RDBMS优化兼容。
• 该方法利用现有的RDBMS组件（如B树索引和连接树规划器）来生成高效的执行计划。
• 该方法使用编译方案Γ;loop ⊢ e ↦ q进行形式化指定，将XQuery表达式映射为关系代数计划。

实验结果

研究问题

• RQ1 纯粹关系型的XQuery处理方法是否能通过标准RDBMS查询优化器实现具有竞争力的性能？
• RQ2 现成的关系型查询优化器能否自动重新发现路径拼接和轴反转等高级XQuery特定优化策略？
• RQ3 将非连接图结构的XQuery计划转换为连接图是否能显著提升标准RDBMS引擎上的查询性能？
• RQ4 与模式无关的、纯粹关系型的XML文档编码在多大程度上能够支持高效的XQuery评估？
• RQ5 XQuery中任意嵌套的FOR循环能否被有效重写为与关系优化器所用连接图范式对齐的形式？

主要发现

• 所提出的连接图隔离技术成功地将复杂的XQuery代数计划转换为标准RDBMS查询优化器原生优化的形式。
• 研究发现关系型查询引擎能够自主重新发现XPath步长重排、轴反转和路径拼接等高级XQuery特定优化策略。
• 性能评估证实，关系型查询引擎是当今最通用且高效的XQuery处理器之一。
• 该方法在实现高效计划优化的同时，完整保留了XQuery的顺序和去重语义。
• 该方法使标准SQL查询优化器可用于XQuery处理，而无需引入自定义优化逻辑。
• 该技术即使在涉及嵌套FOR循环、完整轴功能和通用比较的复杂XQuery Core表达式中也表现出有效性。