ASP.NET 数据分页第一篇 - 探讨分页原理及 SQL Server 2005 的 ROW_NUMBER 函数

(本帖在版工的旧 Blog 中，发表日期为 2007/10/03)

ASP.NET 的 GridView 控件、SqlDataSource 和 ObjectDataSource 控件，其内建的「数据分页 (pager)」功能，默认做法，是当 user 每次单击 GridView 的页码换页时，都重新去数据库里，把数据表的「所有」数据，「全部」重新 SELECT 一次，并「全部」传送至 AP server (IIS)，并将大量数据「全部」存储至 memory 里的 DataSet / DataTable，再将「所有」的数据，在 memory 里做分页处理后，再「全部」传送至 user 的浏览器中，最后才呈现在 GridView 控件中；因此当数据表累积了很多笔记录后，例如一百万笔 record 时，因为 user 每次换页或按 GridView 的字段 title 排序时，背后运作，都是把一百万笔 record「全部」重新 SELECT 一次，因此就会在：数据库 → IIS、DataSet → GridView 时，出现严重的 performance 问题，且会浪费大量网络频宽，浪费大量 DB server、AP server 的 CPU、memory 硬件资源；当多人同时上线时问题更严重，甚至会造成 server 当机。

架构图如下：
使用者 (Browser + GridView) → AP server (IIS) + DataSet / DataTable → DB server (Stored Procedure 或 RowNumber 函数)

以版工自己的经验，当数据表的数据量累积到 5000 笔以上时，即使只有一个 user 在线，每次单击 GridView 的页码换页时，都要等 2 秒以上；因为每次换页时，都是 5000 笔记录全部重捞。而且此种情况，在系统开发时期、数据量还很少时感觉不出来；都是在系统上线、数据量开始大量增加时，才会听到客户抱怨性能不佳。也因为 ASP.NET 这种「分页」的默认行为，造成许多人误以为 ASP.NET、SQL Server 性能不佳，不适合开发大型系统。

对于此种 ASP.NET 分页功能，程序员必须再额外处理，启用 ObjectDataSource 控件默认未启用的「EnablePaging="true"」，并自己写 Stored Procedure 去做分页处理，亦即每次 user 换页时，都只撷取真正需要的记录数量，而非每次都一百万笔记录全部撷取。

在网络上，有些人是用 .NET 的自订 Class + List<T> 动态 array，取代数据库的 Stored Procedure 去处理分页。但参考本帖上方的架构图，此种做法，仍是先从数据库撷取了一百万笔数据、浪费了 DB server 大量的硬件资源，再透过网络把一百万笔数据全部传送至 IIS，此时才用 .NET 自订 Class 去处理分页和过滤，最后才把 user 真正需要的数据 (可能只有 10 笔记录)，送至前端的 Browser，因此这种做法显然并非最佳解法。

还有另一种做法，是用 DataAdapter 的 Fill 方法，去做数据过滤的动作，如下方代码所示。但此种做法的问题同上，已先从数据库撷取了一百万笔记录，才从 AP server 去做数据过滤、分页处理的动作，仍非最佳解法。

int currentIndex = 0;
int pageSize = 5;

string orderSQL = "SELECT * FROM Orders ORDER BY OrderID";

// Assumes that connection is a valid SqlConnection object.
SqlDataAdapter adapter = new SqlDataAdapter(orderSQL, connection);

DataSet dataSet = new DataSet();
adapter.Fill(dataSet, currentIndex, pageSize, "Orders");

此外，SqlDataSource、ObjectDataSource 控件，都有一个 FilterExpression 属性，亦可做数据筛选的处理，但问题同上，仍然是在 AP server 的 memory 中，才去对已撷取的一百万笔记录，做数据过滤的动作。因此釜底抽薪的最佳做法，应该是从数据库端，即先过滤数据，例如 GridView 若每页要显示 10 笔记录，就只从数据库撷取 10 笔记录，以 performance 来说，这样才是最佳解法。否则以 Web-based 的 ASP.NET 系统来说，因为会有大量 user 同时上线，以一般 AP Server、DB server 的硬件资源，绝对承受不了一百万笔数据不断大量重复撷取的 loading，AP server 的 memory 也会很快就耗光造成当机。


在旧版的 SQL Server 2000 和其它厂牌的数据库，大多未内建「排序或自动给号」的函数；程序员在撰写分页的 Stored Procedure 时，可能还得用 IDENTITY 自动增号 (流水号) 的功能，先建立一个存放「临时行号 (自动增号、流水号)」的「临时数据表 (Temporary Table)」；但此种大量建立「临时数据表」的做法，会影响 DB server 的 performance，并非「分页」处理的最佳解法。而在 SQL Server 2005 中，已新增了一个专门用来「排序和自动给号」的 ROW_NUMBER 函数，可对已从数据库撷取的数据，再赋予一个「自动编号」的「字段；列 (column)」，且听说性能颇优，也更有利于 ASP.NET 分页的处理。

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我们若在 SQL Server 2005 的 Northwind 数据库中，执行下列 SQL 语句：

SELECT OrderID, CustomerID, OrderDate, ROW_NUMBER() OVER(ORDER BY OrderID DESC) AS 字段编号
FROM Orders 
ORDER BY 字段编号

因为未对 Orders 数据表做 WHERE 条件过滤，会如下图 1 所示，将里面的 830 笔记录全部捞出、用 DESC 反向排序后，再由 ROW_NUMBER 函数提供一个重新编号过的流水号字段「字段编号」，从 1 号自动给号至 830 号：


图 1　图中右下角的 830 个数据列，事实上是指「记录 (record)；行 (row)」。简体中文和繁体中文对数据表的「行」、「列」使用上刚好相反

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若我们改执行下列的 SQL 语句 (取自 SQL Server 在线丛书)：

WITH 暂存表 AS
(SELECT OrderID, CustomerID, OrderDate, ROW_NUMBER() OVER(ORDER BY OrderID DESC) AS 字段编号
FROM Orders) 
SELECT * FROM 暂存表 WHERE 字段编号 BETWEEN 5 AND 13; 

图 2

则可由 ROW_NUMBER 函数模拟的临时数据表中，取得我们写分页时，所需要的某个范围内的数据记录笔数。以上图 2 来说，即只撷取 DESC 反向排序后、5 至 13 号的这九笔记录。且这种 WITH 的 T-SQL 新语法，又称为「一般数据表表达式 (CTE, common_table_expression)」，也是与 ROW_NUMBER 函数搭配，撰写分页程序的精要所在，在 SQL Server 在线丛书也有相关介绍。

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版工还在网络上的论坛 [5]，看到别人提供的语法，先用 ROW_NUMBER 函数取得数据的顺序编号，再用 WHERE 条件过滤：

SELECT TOP(分页大小) * 
FROM 
(
SELECT ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY 排序条件) AS RowNo FROM 数据表
) AS T
WHERE RowNo > ((目前页数 - 1) * 分页大小) 

假设我们的 GridView 每页要显示 10 笔记录，user 目前在 GridView 的第 20 页，当他单击「下一页」或第 21 页的页码时，就去 SQL Server 2005 撷取第 201 ~ 210 笔记录，在 Stored Procedure 里即执行下列 SQL 语句。撷取结果如下图 3 所示：

SELECT TOP(10) * 
FROM 
(
SELECT OrderID, CustomerID, OrderDate, ROW_NUMBER() OVER (ORDER BY OrderID DESC) AS 字段编号 FROM Orders
) AS 暂存表 
WHERE 字段编号 > ((21 - 1) * 10) 

图 3　GridView 每页显示 10 笔记录，若使用者按下了第 21 页的页码

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但以 ROW_NUMBER 函数撰写分页的话，亦要考虑系统以后无法更换数据库的问题；且用 ROW_NUMBER 写好的 Stored Procedure，在其它 project 中，也无法重复使用于他牌的数据库，或旧版的 SQL Server。就如同 ADO.NET 2.0 中，有新增一些针对 SQL Server 2005 可提升 performance 的 .NET 数据处理语法，但使用前应先评估，系统日后是否有移植或维护上的问题。

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本帖参考文件：

[1] 揚棄土法煉鋼、巧妙運用排序函數　實現SQL Server 2005自動分頁非難事：
http://oa.digitimes.com.tw/print.aspx?zNotesDocId=0000040434_B51LZD55XF2OFQG5TTEZM

[2] Sql Server 2005 ROW_NUMBER 函数实现分页：
http://www.cnblogs.com/shanyou/archive/2006/08/22/rownumber.html

[3] 當 DataGrid 遇見 100 萬筆資料：
http://blog.sina.com.tw/4907/article.php?pbgid=4907&entryid=3921

[4] 請問有關開啟頁面時，一次載入數千筆資料的效能問題：
http://www.blueshop.com.tw/board/show.asp?subcde=BRD200709141021458MV

[5] 老問題 - GridView 分頁：
http://www.purecs.net/thread/topic368_1.aspx

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本帖相关文件：

[1] SQL Server 2005 中的 ROW_NUMBER 和 RANK：
http://blog.csdn.net/leizhipan/archive/2006/10/19/1341245.aspx

[2] SQL Script 應用實例系列(01)--將同一資料表的每三筆資料組合成一筆：
http://blog.blueshop.com.tw/jacksun/archive/2007/03/07/49860.aspx

[3] SQL Script 應用實例系列(02)--分群組排名的問題 ：
http://blog.blueshop.com.tw/jacksun/archive/2007/03/08/49883.aspx

[4] 10 Tips for Writing High-Performance Web Applications：
http://msdn.microsoft.com/msdnmag/issues/05/01/ASPNETPerformance/

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