1. 概述
查询计划是查询优化器根据查询语句生成的一种执行计划，它给出了如何执行该查询的详细过程和执行逻辑，并且查询计划还记录了每个操作过程的成本估计值等信息，用于评估和比较不同查询的性能。通过深入分析SqlServer查询计划，我们可以了解查询引擎的执行过程和性能问题，对于优化查询语句和提高查询性能都有很大帮助。
2. 查询计划的基本概念
2.1 查询优化器
查询计划是由查询优化器生成的，查询优化器是SqlServer中的一个重要组件，它的主要作用是根据查询语句生成最优的查询计划。查询优化器的工作过程是先对查询语句进行解析和语法分析，然后生成多个等价的查询计划，对这些计划进行成本评估和比较，选择代价最小的一个作为执行计划，并将其缓存供以后使用。
查询优化器是SqlServer中一个复杂的组件，它依赖于多个子系统，包括元数据查询、统计信息、物理存储结构等等。在生成查询计划时，查询优化器的决策可以影响查询性能，因此了解查询优化器的行为和决策规则对于优化查询语句和提高查询性能非常重要。
2.2 查询计划的组成部分
查询计划是由多个操作符组成的，每个操作符代表一个执行逻辑。常见的操作符包括：
- 聚集操作符：SUM、AVG等
- 匹配操作符：HASH MATCH、MERGE MATCH等
- 连接操作符：NESTED LOOPS、MERGE JOIN等
- 行集合并操作符：UNION、UNION ALL等
- 数据访问操作符：SCAN、SEEK等
查询计划中的操作符按照从左到右的顺序依次执行，每个操作符的输出会传递给下一个操作符作为输入，形成一个操作符树，树的叶节点是数据源，也就是从数据库中读取的数据。
在查询计划中，每个操作符都有其成本估计值和执行过程，这里的成本指的是操作的代价，包括CPU、内存、磁盘等资源的消耗，成本估计值越小代表该操作越优化。
3. 分析查询计划
3.1 生成查询计划
在SqlServer中，我们可以使用SET STATISTICS IO ON和SET STATISTICS TIME ON命令，以及Sql Server Management Studio中的查询选项窗格来生成查询计划。
例如，对于如下查询语句：
SELECT *
FROM dbo.Employee
WHERE gender = 'M' AND salary > 50000;
我们可以生成查询计划的方式如下：
SET STATISTICS IO ON;
SET STATISTICS TIME ON;
SELECT *
FROM dbo.Employee
WHERE gender = 'M' AND salary > 50000;
执行后，我们可以在查询结果窗口中查看查询计划，如下图所示：
从查询计划中可以看出，查询计划的执行过程分为两个阶段：扫描表dbo.Employee和筛选。首先通过Clustered Index Scan操作从表中读取所有记录，然后通过Filter操作筛选出符合条件的记录。
3.2 分析查询计划
我们可以从查询计划的成本估计值、操作符的执行顺序、物理IO、CPU和内存等方面来分析查询计划的性能问题。
3.2.1 成本估计值
成本估计值是指查询计划中每个操作符的执行代价，代价越小代表操作越优化。通过分析查询计划中每个操作符的成本估计值，可以了解每个操作符的代价以及关键路径。
例如，在上面的查询计划中，Clustered Index Scan操作的成本估计值为1.08534，而Filter操作的成本估计值为0.0032831，可以看出Filter操作的代价更小。
3.2.2 操作符的执行顺序
查询计划中的操作符按照从左到右的顺序依次执行，操作符的执行顺序对查询性能有很大影响。尽量避免全表扫描和笛卡尔积等操作符，同时优化操作符的执行顺序，可以有效地提高查询性能。
例如，在上面的查询语句中，我们可以通过添加索引来避免全表扫描，同时可以优化执行顺序：
CREATE NONCLUSTERED INDEX IX_Employee_gender_salary
ON dbo.Employee (gender, salary) INCLUDE (id, name, birthdate, address, phone);
SELECT *
FROM dbo.Employee WITH(INDEX(IX_Employee_gender_salary))
WHERE gender = 'M' AND salary > 50000;
执行计划如下：
从查询计划中可以看出，Clustered Index Seek操作使用了之前创建的IX_Employee_gender_salary索引，使得查询性能得到了显著提升。
3.2.3 物理IO
物理IO是指查询计划中的物理读取操作，包括从磁盘中读取数据页。减少物理IO是提高性能的关键，常见的方式包括添加索引、优化操作符等。
例如，在上面的查询语句中，我们可以使用Covering Index来避免从磁盘中读取数据页，从而减少物理IO：
CREATE NONCLUSTERED INDEX IX_Employee_gender_salary
ON dbo.Employee (gender, salary) INCLUDE (id, name, birthdate, address, phone);
SELECT id, name, birthdate, address, phone
FROM dbo.Employee WITH(INDEX(IX_Employee_gender_salary))
WHERE gender = 'M' AND salary > 50000;
执行计划如下：
从查询计划中可以看出，查询过程中没有任何的物理IO操作，查询性能得到了极大的提升。
3.2.4 CPU和内存
查询计划的执行过程中还需要考虑CPU和内存的消耗，查询计划优化的目标是实现与资源消耗比例合理的查询。
例如，在下面的查询语句中，我们可以通过添加TOP操作符来限制返回结果的数量，从而降低CPU和内存的消耗：
SELECT TOP 10 *
FROM dbo.Employee
WHERE gender = 'M' AND salary > 50000;
执行计划如下：
从查询计划中可以看出，计划执行成功，CPU和内存的消耗比例合理。
4. 总结
查询计划是SqlServer查询优化器根据查询语句生成的一种执行计划，它记录了查询引擎的执行过程和性能问题，并且可以通过成本估计值、操作符的执行顺序、物理IO、CPU和内存等方面来分析查询计划的性能问题。通过深入分析SqlServer查询计划，我们可以了解查询引擎的执行过程和性能问题，对于优化查询语句和提高查询性能具有重要意义。