Java程序使用预处理语句的性能提升

高端章鱼哥
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GreatSQL提供了对服务器端预处理语句（Prepared Statements）的支持。预处理语句可以利用了高效的客户机/服务器二进制协议。使用带有参数值占位符的预处理语句有以下好处:

  • 每次执行时解析语句的开销更少。通常，数据库应用程序处理大量几乎相同的语句，只对语句中的文字值或变量值进行更改，如 SELECT 和 UPDATE 中的 WHERE,UPDATE 语句中的 SET 和 INSERT 语句中的VALUES。
  • 防范SQL注入攻击。参数值可以包含未转义的SQL引号和分隔符。

本文编写Java程序，执行常规SQL语句和预处理语句，对比性能差异，量化预处理语句的性能提升。

1. 程序设计

通过Java程序进行DML操作，每次DML的数量是10万条，每50条一个提交批次。对比执行预处理语句和普通SQL语句，通过执行时间长短，判断执行的性能。

  • 函数 testInsertPerformance 对比 INSERT 性能；
  • 函数 testUpdatePerformance 对比 UPDATE 性能；
  • 函数 testSelectPerformance 对比 SELECT 性能；
  • 函数 testDeletePerformance 对比 DELETE 性能；

1.1 测试表

greatsql> CREATE DATABASE IF NOT EXISTS testdb1;
greatsql> USE testdb1;

greatsql> CREATE TABLE IF NOT EXISTS test_table (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
    col1 INT,
    col2 VARCHAR(100),
    col3 DATETIME
);

1.2 Java程序代码

Java程序比较容易使用预处理SQL语句，主要有两点：

  • 数据库连接字符串中增加useServerPrepStmts=true；

  • SQL语句使用conn.prepareStatement进行预处理；

    import java.sql.Connection; import java.sql.DriverManager; import java.sql.PreparedStatement; import java.sql.ResultSet; import java.sql.Statement; import java.sql.Timestamp; import java.util.Date;

    public class SqlPerformanceTest {

    private static final String URL = "jdbc:mysql://192.168.134.208:3307/testdb1?useServerPrepStmts=true";
private static final String USER = "testuser";
private static final String PASSWORD = "testpass";
private static final int NUM_ITERATIONS = 100000;
private static final int BATCH_SIZE = 50;

public static void main(String[] args) {
    try (Connection conn = DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD)) {
        // 清空测试表
        clearTable(conn);
        // 测试 INSERT 操作
        testInsertPerformance(conn);
        // 测试 UPDATE 操作
        testUpdatePerformance(conn);
        // 测试 SELECT 操作
        testSelectPerformance(conn);
        // 测试 DELETE 操作
        testDeletePerformance(conn);

    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    } 
}
private static void clearTable(Connection conn) throws Exception {
    try (Statement stmt = conn.createStatement()) {
        stmt.execute("TRUNCATE TABLE test_table");
    }
}
private static void testInsertPerformance(Connection conn) throws Exception {
    long startTime, endTime;

    // 清空测试表
    clearTable(conn);

   // 普通 SQL 语句
    startTime = System.nanoTime();
    conn.setAutoCommit(false); // 关闭自动提交
    try (Statement stmt = conn.createStatement()) {
        for (int i = 1; i <= NUM_ITERATIONS; i++) {
            stmt.executeUpdate("INSERT INTO test_table (id, col1, col2, col3) VALUES ("+ i + "," + i + ", 'value" + i + "', '" + new Timestamp(new Date().getTime()) + "')");
            if (i % BATCH_SIZE == 0) {
                conn.commit(); // 每50条记录提交一次事务
            }
        }
        conn.commit(); // 提交剩余的记录
    } finally {
        conn.setAutoCommit(true); // 恢复自动提交
    }
    endTime = System.nanoTime();
    System.out.println("INSERT - Statement: " + (endTime - startTime) / 1000000.0 + " ms");

    // 清空测试表
    clearTable(conn);

    // 预处理 SQL 语句
    startTime = System.nanoTime();
    conn.setAutoCommit(false); // 关闭自动提交
    try (PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement("INSERT INTO test_table (id,col1, col2, col3) VALUES (?, ?, ?, ?)")) {
        for (int i = 1; i <= NUM_ITERATIONS; i++) {
            pstmt.setInt(1, i);
            pstmt.setInt(2, i);
            pstmt.setString(3, "value" + i);
            pstmt.setTimestamp(4, new Timestamp(new Date().getTime()));
            pstmt.executeUpdate();
            if (i % BATCH_SIZE == 0) {
                conn.commit(); // 每50条记录提交一次事务
            }
        }
        conn.commit(); // 提交剩余的记录
    } finally {        
        conn.setAutoCommit(true); // 恢复自动提交
    }
    endTime = System.nanoTime();
    System.out.println("INSERT - PreparedStatement: " + (endTime - startTime) / 1000000.0 + " ms");
}

private static void testUpdatePerformance(Connection conn) throws Exception {
    long startTime, endTime;

    // 普通 SQL 语句
    startTime = System.nanoTime();
    conn.setAutoCommit(false); // 关闭自动提交
    for (int i = 1; i <= NUM_ITERATIONS; i++) {
        try (Statement stmt = conn.createStatement()) {
            stmt.executeUpdate("UPDATE test_table SET col1 = " + i + ", col2 = 'value" + i + "', col3 = '" + new Timestamp(new Date().getTime()) + "' WHERE id = " + i);
            if (i % BATCH_SIZE == 0) {
                conn.commit(); // 每50条记录提交一次事务
            }
        }
    }
    conn.commit(); // 提交剩余的记录
    endTime = System.nanoTime();
    System.out.println("UPDATE - Statement: " + (endTime - startTime) / 1000000.0 + " ms");

    // 预处理 SQL 语句
    startTime = System.nanoTime();
    conn.setAutoCommit(false); // 关闭自动提交
    try (PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement("UPDATE test_table SET col1 = ?, col2 = ?, col3 = ? WHERE id = ?")) {
        for (int i = 1; i <= NUM_ITERATIONS; i++) {
            pstmt.setInt(1, i);
            pstmt.setString(2, "value" + i);
            pstmt.setTimestamp(3, new Timestamp(new Date().getTime()));
            pstmt.setInt(4, i);
            pstmt.executeUpdate();
            if (i % BATCH_SIZE == 0) {
                conn.commit(); // 每50条记录提交一次事务
            }
        }
        conn.commit(); // 提交剩余的记录
    } finally {
        conn.setAutoCommit(true); // 恢复自动提交
    }
    endTime = System.nanoTime();
    System.out.println("UPDATE - PreparedStatement: " + (endTime - startTime) / 1000000.0 + " ms");
}

private static void testDeletePerformance(Connection conn) throws Exception {
    long startTime, endTime;

    // 普通 SQL 语句
    startTime = System.nanoTime();
    conn.setAutoCommit(false); // 关闭自动提交
    for (int i = 1; i <= NUM_ITERATIONS/2; i++) {
        try (Statement stmt = conn.createStatement()) {
            stmt.executeUpdate("DELETE FROM test_table WHERE id = " + i);
            if (i % BATCH_SIZE == 0) {
                conn.commit(); // 每50条记录提交一次事务
            }
        }
    }
    conn.commit(); // 提交剩余的记录
    endTime = System.nanoTime();
    System.out.println("DELETE - Statement: " + (endTime - startTime) / 1000000.0 + " ms");

    // 预处理 SQL 语句
    startTime = System.nanoTime();
    conn.setAutoCommit(false); // 关闭自动提交
    try (PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement("DELETE FROM test_table WHERE id = ?")){
        for (int i = NUM_ITERATIONS/2+1; i <= NUM_ITERATIONS; i++) {
            pstmt.setInt(1, i);
            pstmt.executeUpdate();
            if (i % BATCH_SIZE == 0) {
                conn.commit(); // 每50条记录提交一次事务
            }
        }
        conn.commit(); // 提交剩余的记录
    } finally {
        conn.setAutoCommit(true); // 恢复自动提交
    }
    endTime = System.nanoTime();
    System.out.println("DELETE - PreparedStatement: " + (endTime - startTime) / 1000000.0 + " ms");
}

private static void testSelectPerformance(Connection conn) throws Exception {
    long startTime, endTime;

    // 普通 SQL 语句
    startTime = System.nanoTime();
    for (int i = 1; i <= NUM_ITERATIONS; i++) {
        try (Statement stmt = conn.createStatement()) {
            ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM test_table WHERE id = " + i);
            while (rs.next()) {
                // 处理结果集
            }
        }
    }
    endTime = System.nanoTime();
    System.out.println("SELECT - Statement: " + (endTime - startTime) / 1000000.0 + " ms");

    // 预处理 SQL 语句
    startTime = System.nanoTime();
    try (PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement("SELECT * FROM test_table WHERE id = ?")) {
        for (int i = 1; i <= NUM_ITERATIONS; i++) {
            pstmt.setInt(1, i);
            ResultSet rs = pstmt.executeQuery();
            while (rs.next()) {
                // 处理结果集
            }
        }
    }
    endTime = System.nanoTime();
    System.out.println("SELECT - PreparedStatement: " + (endTime - startTime) / 1000000.0 + " ms");
}

    }

2. 程序编译与运行

编译Java程序

javac -cp .:mysql-connector-j-8.0.32.jar SqlPerformanceTest.java

运行Java程序

java -cp .:mysql-connector-j-8.0.32.jar SqlPerformanceTest

3. 运行结果

$ java -cp .:mysql-connector-j-8.0.32.jar SqlPerformanceTest
INSERT - Statement: 27089.435867 ms
INSERT - PreparedStatement: 24166.424328 ms
UPDATE - Statement: 32034.818767 ms
UPDATE - PreparedStatement: 29688.13851 ms
SELECT - Statement: 23330.719737 ms
SELECT - PreparedStatement: 20430.097589 ms
DELETE - Statement: 14933.753122 ms
DELETE - PreparedStatement: 13325.930952 ms

多运行Java程序，结果接近，按照其中一次进行数据统计：

操作类型

常规SQL语句执行时间（ms）

预处理语句执行时间（ms）

性能提升（%）

INSERT

27089

24166

10.79

UPDATE

32034

29688

7.32

SELECT

23330

20430

12.43

DELETE

14933

13325

10.77

合计

97386

87609

10.04

4. 总结

由于预处理语句比常规SQL语句，节省了SQL语句的解析时间，对于重复执行的SQL语句，使用预处理语句，可以明显地提高执行效率，性能提升约10%。

Enjoy GreatSQL :)

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