浅谈SQL Server数据库分页

浅见池也

　　
　　数据库分页是老生常谈的问题了。如果使用ORM框架，再使用LINQ的话，一个Skip和Take就可以搞定。但是有时由于限制，需要使用存储过程来实现。在SQLServer中使用存储过程实现分页的已经有很多方法了。之前在面试中遇到过这一问题，问如何高效实现数据库分页。刚好上周在业务中也遇到了这个需求，所以在这里简单记录和分享一下。

一 需求
　　这里以SQLServer的示例数据库NorthWind为例，里面有一张Product表，现在假设我们的需求是要以UnitPrice降序排列，并且分页，每一页10条记录。要求服务端分页。参数为每页记录数和页码。

二 实现

Top分页
　　当时采用的最直接做法就是使用两个Top来实现， 最后返回的结果是升序的，在C#代码里再处理一下就可以了。 这里作为演示，语句中使用 * 为了方便，实际开发中要替换为具体的列名。下面的方法简单吧。

SELECT TOP (@pageSize)
*
FROM    ( SELECT TOP ( @pageSize * @pageIndex )
*
FROM      [Northwind].[dbo].[Products]
ORDER BY  UnitPrice DESC
) AS product
ORDER BY product.UnitPrice
　　但是这个代码是有问题的，不知道各位发现了没有。当符合条件的纪录集小于每页记录数时，没有问题，但是当大于就有问题了，比如，在实例数据库中Products中有 77 条记录，当每页10条记录，第8页只应该返回7条记录，第9页应该返回空，但是使用如上的方法，每次都会返回10条记录。
　　沿用上面的思路，把代码修改为了如下采用三层Select，最内一层查询所有记录之前的数据，然后第二层选择Top PageSize个所有NOT IN 第一层数据中的数据即可，因为使用了NOT IN所以不存在第一种方法中的bug

SELECT  *
FROM    dbo.Products
WHERE   ProductID IN (
SELECT TOP ( @pageSize )
ProductID
FROM    dbo.Products
WHERE   ProductID NOT IN ( SELECT TOP ( @pageSize * (@pageIndex-1) )
ProductID
FROM     dbo.Products
ORDER BY UnitPrice DESC )
ORDER BY dbo.Products.UnitPrice DESC )
ORDER BY dbo.Products.UnitPrice ASC

使用ROW_NUMBER 函数分页
　　其实还有一种最简单最直接的思路，那就是采用临时表，即在内存中创建一个表变量，该变量中包含一个自增列，表关键字列，然后将待排序的表按照排序条件和规则插入到这张表中，然后就可以将自增列作为行号使用了，在比较早的如SQLServer 2000中，只能这样做，但是对于大数据量的记录集，需要创建的临时表也比较大，效率比较低，这里就不介绍了。
　　在SQLServer2005中引入了ROW_NUMBER() 函数,通过这个函数，可以根据给定好的排序字段规则，生成记录序号，其基本用法为：

SELECT  ROW_NUMBER() OVER ( ORDER BY dbo.Products.ProductID DESC ) AS rownum ,
*
FROM    dbo.Products

　　这样，结果集中第一列就为 rownum，从1开始按步长为1递增，这有点类似从1开始步长为1的自增字段。 这里需要提一下的是，这个语句中赋值的rownum列不能使用在当前的where语句中，也不可以把整个ROW_NUMBER()语句放到where中作为条件，下面两种使用方式都是错误的。

SELECT  ROW_NUMBER() OVER ( ORDER BY dbo.Products.ProductID DESC ) AS rownum ,
*
FROM    dbo.Products
WHERE rownum BETWEEN 1 AND 10
　　会提示错误：

Invalid column name 'rownum'.

　　

SELECT  ROW_NUMBER() OVER ( ORDER BY dbo.Products.ProductID DESC ) AS rownum ,
*
FROM    dbo.Products
WHERE ( ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY City) AS rown ) BETWEEN 1 AND 10
　　会提示错误：

Incorrect syntax near the keyword 'AS'.

　　正确的做法是，把查询的结果作为一个内查询，再在外面套上一个外查询语句：

SELECT  *
FROM    ( SELECT    ROW_NUMBER() OVER ( ORDER BY dbo.Products.ProductID DESC ) AS rownum ,
*
FROM      dbo.Products
) AS temp
WHERE   temp.rownum BETWEEN 1 AND 10
　　有了以上基础之后，我们就可以利用ROW_NUMBER这个特性来进行排序了。

SELECT  *
FROM    ( SELECT TOP ( @pageSize * @pageIndex )
ROW_NUMBER() OVER ( ORDER BY dbo.Products.UnitPrice DESC ) AS rownum ,
*
FROM      dbo.Products
) AS temp
WHERE   temp.rownum > ( @pageSize * ( @pageIndex - 1 ) )
ORDER BY temp.UnitPrice

　　策略很简单，首先我们选取包含要查页的数据，然后使用ROW_NUMER函数进行编号， 然后在外查询中指定rownum大于页起始记录即可。这种方式简单快捷。
　　这里还有一种使用CTE的方式 (common_table_expression，公用表表达式，不是CTE四六级哦， 我第一次接触到这个是面试的时候被问到如何使用SQL编写递归， 呵呵)，使用很简单，就是把内查询放在CTE 里面，如下：

WITH    ProductEntity
AS ( SELECT TOP ( @pageSize * @pageIndex )
ROW_NUMBER() OVER ( ORDER BY dbo.Products.UnitPrice DESC ) AS rownum ,
*
FROM     dbo.Products
)
SELECT  *
FROM    ProductEntity
WHERE   ProductEntity.rownum > ( @pageSize * ( @pageIndex - 1 ) )
ORDER BY ProductEntity.UnitPrice

　　这种性能和上面的类似。但是在某些情况下， 使用CTE会比直接采用外接查询具有更好的效率。例如，我们可以仅使用CTE来存储行号，关键字以及排序字段，然后用来和原表做join查询，如下：

WITH    ProductEntity
AS ( SELECT TOP ( @pageSize * @pageIndex )
ROW_NUMBER() OVER ( ORDER BY dbo.Products.UnitPrice DESC ) AS rownum ,
ProductID ,--主键，
UnitPrice--待排序字段
FROM     dbo.Products
)
SELECT  *
FROM    ProductEntity
INNER JOIN dbo.Products ON dbo.Products.ProductID = ProductEntity.ProductID
WHERE   ProductEntity.rownum > ( @pageSize * ( @pageIndex - 1 ) )
ORDER BY ProductEntity.UnitPrice

　　使用ROW_NUMBER来进行分页是一种使用很广的分页方式， 在本文开头讲到在LINQ中可以采用的TAKE 和 SKIP语句，但是与数据库交互只能使用SQL语句，LINQ在内部会帮我们转化为合适的SQL语句，语句里面其实也是采用ROW_NUMBER这一函数，为了演示，我们新建一个Console程序，然后在里面添加一个LINQ To SQL的类，使用方法非常简单，如下：

List product;
int pageSize = 10;
int pageIndex = 8;
using (ProductsDataContext context = new ProductsDataContext())
{
product = context.Products.OrderByDescending(x => x.UnitPrice)//排序
.Skip(pageSize * (pageIndex-1))//跳过前面的记录
.Take(pageSize)//选取每一页个数
.ToList();
}
　　寥寥几句就实现了分页。
　　我们知道LINQ其实是将C#表达式树转换成了SQL语言，通过SQLServer Profile 工具，我们可以看到程序发送给SQLServer的请求，如下：

　　我把下面的语句拷贝出来，可以看到

EXEC sp_executesql N'SELECT [t1].[ProductID], [t1].[ProductName], [t1].[SupplierID], [t1].[CategoryID], [t1].[QuantityPerUnit], [t1].[UnitPrice], [t1].[UnitsInStock], [t1].[UnitsOnOrder], [t1].[ReorderLevel], [t1].[Discontinued]
FROM (
SELECT ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY [t0].[UnitPrice] DESC) AS [ROW_NUMBER], [t0].[ProductID], [t0].[ProductName], [t0].[SupplierID], [t0].[CategoryID], [t0].[QuantityPerUnit], [t0].[UnitPrice], [t0].[UnitsInStock], [t0].[UnitsOnOrder], [t0].[ReorderLevel], [t0].[Discontinued]
FROM [dbo].[Products] AS [t0]
) AS [t1]
WHERE [t1].[ROW_NUMBER] BETWEEN @p0 + 1 AND @p0 + @p1
ORDER BY [t1].[ROW_NUMBER]', N'@p0 int,@p1 int', @p0 = 70, @p1 = 10
　　这正是我们之前手写的采用ROW_NUMBER 的分页程序。可见，简简单单的一句SKIP和TAKE，LINQ在后面帮我们做了很多工作。

使用OFFSET FETCH子句分页
　　既然LINQ这么简单的搞定了分页，那么SQLServer中有没有类似的简单的语句就能搞定分页了，答案是有的，那就是SQL Server Compact 4.0中引入的OFFSET FETCH子句。

SELECT  *
FROM    dbo.Products
ORDER   BY UnitPrice DESC
OFFSET  ( @pageSize * ( @pageIndex - 1 )) ROWS
FETCH NEXT @pageSize ROWS ONLY;

　　是不是和LINQ很像，OFFSEET相当于SKIP，FETCH NEXT相当于TAKE。
　　可以在官网上下载SQL Server CE 4.0，目前仅支持SQL Server 2012及SQL Server 2014，不过可以使用Microsoft Webmatrix这个工具来用这一新功能。

比较
　　在讨论性能之前，首先需要明确的是，我们在编写SQL语句的时候，尽量要减少不必要字段的输出，文中出于演示，所以都用的*，在实际中不要这样。还有就是要根据业务逻辑，比如查询条件，建立合适的聚合索引和非聚合索引，索引对于查找的效率影响非常大，SQL中的索引其实就是建立某种平衡查找树，如B树来进行，这方面的知识可以看我之前写的算法中的文章，再有就是了解一下SQL Server 的一些特性比如CTE，IN 和Exist的区别等等，有些小的地方对性能可能有一定的影响。
　　在上面这些处理好了之后，我们现在来讨论那种分页方案更好。

• 采用Top – Not In - Top方案比较复杂，里面包含了in语句，效率不高，但是兼容个版本的SQL Server。
  
• 采用ROW_Number方法实现分页难易适中，效率较高。LINQ中的SKIP和TAKE也是采用这种方式来进行分页的，应该是目前采用的比较广泛的分页方式。
  
• FFSET FETCH 方法是SQL Server CE 4.0 中才引入的，由于本文没有SQL Server 2012以及测试数据，从comparing-performance-for-different-sql-server-paging-methods这篇文章来以及园子里的Sql Server 2012 分页方法分析(offset and fetch)，性能应该是比较好的。
  

　　以上是对SQLServer数据库SQL分页的一点总结，希望对您有所帮助。