MySQL索引原理及慢查询优化(转载)

发布时间：2024-11-24 22:07

理解数据库原理，优化SQL查询 #生活技巧# #编程开发#

MySQL凭借着出色的性能、低廉的成本、丰富的资源，已经成为绝大多数互联网公司的首选关系型数据库。虽然性能出色，但所谓“好马配好鞍”，如何能够更好的使用它，已经成为开发工程师的必修课，我们经常会从职位描述上看到诸如“精通MySQL”、“SQL语句优化”、“了解数据库原理”等要求。我们知道一般的应用系统，读写比例在10:1左右，而且插入操作和一般的更新操作很少出现性能问题，遇到最多的，也是最容易出问题的，还是一些复杂的查询操作，所以查询语句的优化显然是重中之重。
MySQL索引原理

索引目的

索引的目的在于提高查询效率，可以类比字典，如果要查“mysql”这个单词，我们肯定需要定位到m字母，然后从下往下找到y字母，再找到剩下的sql。如果没有索引，那么你可能需要把所有单词看一遍才能找到你想要的，如果我想找到m开头的单词呢？或者ze开头的单词呢？是不是觉得如果没有索引，这个事情根本无法完成？

索引原理

除了词典，生活中随处可见索引的例子，如火车站的车次表、图书的目录等。它们的原理都是一样的，通过不断的缩小想要获得数据的范围来筛选出最终想要的结果，同时把随机的事件变成顺序的事件，也就是我们总是通过同一种查找方式来锁定数据。

数据库也是一样，但显然要复杂许多，因为不仅面临着等值查询，还有范围查询(>、<、between、in)、模糊查询(like)、并集查询(or)等等。数据库应该选择怎么样的方式来应对所有的问题呢？我们回想字典的例子，能不能把数据分成段，然后分段查询呢？最简单的如果1000条数据，1到100分成第一段，101到200分成第二段，201到300分成第三段……这样查第250条数据，只要找第三段就可以了，一下子去除了90%的无效数据。但如果是1千万的记录呢，分成几段比较好？稍有算法基础的同学会想到搜索树，其平均复杂度是lgN，具有不错的查询性能。但这里我们忽略了一个关键的问题，复杂度模型是基于每次相同的操作成本来考虑的，数据库实现比较复杂，数据保存在磁盘上，而为了提高性能，每次又可以把部分数据读入内存来计算，因为我们知道访问磁盘的成本大概是访问内存的十万倍左右，所以简单的搜索树难以满足复杂的应用场景。

建索引的几大原则

1.最左前缀匹配原则，非常重要的原则，mysql会一直向右匹配直到遇到范围查询(>、<、between、like)就停止匹配，比如a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4 如果建立(a,b,c,d)顺序的索引，d是用不到索引的，如果建立(a,b,d,c)的索引则都可以用到，a,b,d的顺序可以任意调整。

2.=和in可以乱序，比如a = 1 and b = 2 and c = 3 建立(a,b,c)索引可以任意顺序，mysql的查询优化器会帮你优化成索引可以识别的形式

3.尽量选择区分度高的列作为索引,区分度的公式是count(distinct col)/count(*)，表示字段不重复的比例，比例越大我们扫描的记录数越少，唯一键的区分度是1，而一些状态、性别字段可能在大数据面前区分度就是0，那可能有人会问，这个比例有什么经验值吗？使用场景不同，这个值也很难确定，一般需要join的字段我们都要求是0.1以上，即平均1条扫描10条记录

4.索引列不能参与计算，保持列“干净”，比如from_unixtime(create_time) = ’2014-05-29’就不能使用到索引，原因很简单，b+树中存的都是数据表中的字段值，但进行检索时，需要把所有元素都应用函数才能比较，显然成本太大。所以语句应该写成create_time = unix_timestamp(’2014-05-29’);

5.尽量的扩展索引，不要新建索引。比如表中已经有a的索引，现在要加(a,b)的索引，那么只需要修改原来的索引即可

回到开始的慢查询

根据最左匹配原则，最开始的sql语句的索引应该是status、operator_id、type、operate_time的联合索引；其中status、operator_id、type的顺序可以颠倒，所以我才会说，把这个表的所有相关查询都找到，会综合分析；

比如还有如下查询

select * from task where status = 0 and type = 12 limit 10;

select count(*) from task where status = 0 ;

那么索引建立成(status,type,operator_id,operate_time)就是非常正确的，因为可以覆盖到所有情况。这个就是利用了索引的最左匹配的原则

查询优化神器 - explain命令

关于explain命令相信大家并不陌生，具体用法和字段含义可以参考官网explain-output，这里需要强调rows是核心指标，绝大部分rows小的语句执行一定很快（有例外，下面会讲到）。所以优化语句基本上都是在优化rows。

慢查询优化基本步骤

0.先运行看看是否真的很慢，注意设置SQL_NO_CACHE

1.where条件单表查，锁定最小返回记录表。这句话的意思是把查询语句的where都应用到表中返回的记录数最小的表开始查起，单表每个字段分别查询，看哪个字段的区分度最高

2.explain查看执行计划，是否与1预期一致（从锁定记录较少的表开始查询）

3.order by limit 形式的sql语句让排序的表优先查

4.了解业务方使用场景

5.加索引时参照建索引的几大原则

6.观察结果，不符合预期继续从0分析

几个慢查询案例

下面几个例子详细解释了如何分析和优化慢查询

复杂语句写法

很多情况下，我们写SQL只是为了实现功能，这只是第一步，不同的语句书写方式对于效率往往有本质的差别，这要求我们对mysql的执行计划和索引原则有非常清楚的认识，请看下面的语句

select

distinct cert.emp_id

from

cm_log cl

inner join

(

select

emp.id as emp_id,

emp_cert.id as cert_id

from

employee emp

left join

emp_certificate emp_cert

on emp.id = emp_cert.emp_id

where

emp.is_deleted=0

) cert

on (

cl.ref_table=’Employee’

and cl.ref_oid= cert.emp_id

)

or (

cl.ref_table=’EmpCertificate’

and cl.ref_oid= cert.cert_id

)

where

cl.last_upd_date >=’2013-11-07 15:03:00’

and cl.last_upd_date<=’2013-11-08 16:00:00’;

0.先运行一下，53条记录 1.87秒，又没有用聚合语句，比较慢

53 rows in set (1.87 sec)

1.explain

+—-+————-+————+——-+———————————+———————–+———+——————-+——-+——————————–+

+—-+————-+————+——-+———————————+———————–+———+——————-+——-+——————————–+

+—-+————-+————+——-+———————————+———————–+———+——————-+——-+——————————–+

简述一下执行计划，首先mysql根据idx_last_upd_date索引扫描cm_log表获得379条记录；然后查表扫描了63727条记录，分为两部分，derived表示构造表，也就是不存在的表，可以简单理解成是一个语句形成的结果集，后面的数字表示语句的ID。derived2表示的是ID = 2的查询构造了虚拟表，并且返回了63727条记录。我们再来看看ID = 2的语句究竟做了写什么返回了这么大量的数据，首先全表扫描employee表13317条记录，然后根据索引emp_certificate_empid关联emp_certificate表，rows = 1表示，每个关联都只锁定了一条记录，效率比较高。获得后，再和cm_log的379条记录根据规则关联。从执行过程上可以看出返回了太多的数据，返回的数据绝大部分cm_log都用不到，因为cm_log只锁定了379条记录。

如何优化呢？可以看到我们在运行完后还是要和cm_log做join,那么我们能不能之前和cm_log做join呢？仔细分析语句不难发现，其基本思想是如果cm_log的ref_table是EmpCertificate就关联emp_certificate表，如果ref_table是Employee就关联employee表，我们完全可以拆成两部分，并用union连接起来，注意这里用union，而不用union all是因为原语句有“distinct”来得到唯一的记录，而union恰好具备了这种功能。如果原语句中没有distinct不需要去重，我们就可以直接使用union all了，因为使用union需要去重的动作，会影响SQL性能。

优化过的语句如下

select

emp.id

from

cm_log cl

inner join

employee emp

on cl.ref_table = ‘Employee’

and cl.ref_oid = emp.id

where

cl.last_upd_date >=’2013-11-07 15:03:00’

and cl.last_upd_date<=’2013-11-08 16:00:00’

and emp.is_deleted = 0

union

select

emp.id

from

cm_log cl

inner join

emp_certificate ec

on cl.ref_table = ‘EmpCertificate’

and cl.ref_oid = ec.id

inner join

employee emp

on emp.id = ec.emp_id

where

cl.last_upd_date >=’2013-11-07 15:03:00’

and cl.last_upd_date<=’2013-11-08 16:00:00’

and emp.is_deleted = 0

4.不需要了解业务场景，只需要改造的语句和改造之前的语句保持结果一致

5.现有索引可以满足，不需要建索引

6.用改造后的语句实验一下，只需要10ms 降低了近200倍！

+—-+————–+————+——–+———————————+——————-+———+———————–+——+————-+

+—-+————–+————+——–+———————————+——————-+———+———————–+——+————-+

| 2 | UNION | ec | eq_ref | PRIMARY,emp_certificate_empid | PRIMARY | 4 | meituanorg.cl.ref_oid | 1 | |

+—-+————–+————+——–+———————————+——————-+———+———————–+——+————-+

53 rows in set (0.01 sec)

明确应用场景

举这个例子的目的在于颠覆我们对列的区分度的认知，一般上我们认为区分度越高的列，越容易锁定更少的记录，但在一些特殊的情况下，这种理论是有局限性的

select

from

stage_poi sp

where

sp.accurate_result=1

and (

sp.sync_status=0

or sp.sync_status=2

or sp.sync_status=4

);

0.先看看运行多长时间,951条数据6.22秒，真的很慢

951 rows in set (6.22 sec)

1.先explain，rows达到了361万，type = ALL表明是全表扫描

+—-+————-+——-+——+—————+——+———+——+———+————-+

+—-+————-+——-+——+—————+——+———+——+———+————-+

+—-+————-+——-+——+—————+——+———+——+———+————-+

2.所有字段都应用查询返回记录数，因为是单表查询 0已经做过了951条

3.让explain的rows 尽量逼近951

看一下accurate_result = 1的记录数

select count(*),accurate_result from stage_poi group by accurate_result;

+———-+—————–+

| count(*) | accurate_result |

+———-+—————–+

| 1023 | -1 |

| 2114655 | 0 |

| 972815 | 1 |

+———-+—————–+

我们看到accurate_result这个字段的区分度非常低，整个表只有-1,0,1三个值，加上索引也无法锁定特别少量的数据

再看一下sync_status字段的情况

select count(*),sync_status from stage_poi group by sync_status;

+———-+————-+

| count(*) | sync_status |

+———-+————-+

| 3080 | 0 |

| 3085413 | 3 |

+———-+————-+

同样的区分度也很低，根据理论，也不适合建立索引

问题分析到这，好像得出了这个表无法优化的结论，两个列的区分度都很低，即便加上索引也只能适应这种情况，很难做普遍性的优化，比如当sync_status 0、3分布的很平均，那么锁定记录也是百万级别的

4.找业务方去沟通，看看使用场景。业务方是这么来使用这个SQL语句的，每隔五分钟会扫描符合条件的数据，处理完成后把sync_status这个字段变成1,五分钟符合条件的记录数并不会太多，1000个左右。了解了业务方的使用场景后，优化这个SQL就变得简单了，因为业务方保证了数据的不平衡，如果加上索引可以过滤掉绝大部分不需要的数据

5.根据建立索引规则，使用如下语句建立索引

alter table stage_poi add index idx_acc_status(accurate_result,sync_status);

6.观察预期结果,发现只需要200ms，快了30多倍。

952 rows in set (0.20 sec)

我们再来回顾一下分析问题的过程，单表查询相对来说比较好优化，大部分时候只需要把where条件里面的字段依照规则加上索引就好，如果只是这种“无脑”优化的话，显然一些区分度非常低的列，不应该加索引的列也会被加上索引，这样会对插入、更新性能造成严重的影响，同时也有可能影响其它的查询语句。所以我们第4步调差SQL的使用场景非常关键，我们只有知道这个业务场景，才能更好地辅助我们更好的分析和优化查询语句。

无法优化的语句

select

c.id,

c.name,

c.position,

c.sex,

c.phone,

c.office_phone,

c.feature_info,

c.birthday,

c.creator_id,

c.is_keyperson,

c.giveup_reason,

c.status,

c.data_source,

from_unixtime(c.created_time) as created_time,

from_unixtime(c.last_modified) as last_modified,

c.last_modified_user_id

from

contact c

inner join

contact_branch cb

on c.id = cb.contact_id

inner join

branch_user bu

on cb.branch_id = bu.branch_id

and bu.status in (

inner join

org_emp_info oei

on oei.data_id = bu.user_id

and oei.node_left >= 2875

and oei.node_right <= 10802

and oei.org_category = - 1

order by

c.created_time desc limit 0 ,

10;

还是几个步骤

0.先看语句运行多长时间，10条记录用了13秒，已经不可忍受

10 rows in set (13.06 sec)

1.explain

+—-+————-+——-+——–+————————————-+————————-+———+————————–+——+———————————————-+

+—-+————-+——-+——–+————————————-+————————-+———+————————–+——+———————————————-+

| 1 | SIMPLE | oei | ref | idx_category_left_right,idx_data_id | idx_category_left_right | 5 | const | 8849 | Using where; Using temporary; Using filesort |

| 1 | SIMPLE | bu | ref | PRIMARY,idx_userid_status | idx_userid_status | 4 | meituancrm.oei.data_id | 76 | Using where; Using index |

| 1 | SIMPLE | cb | ref | idx_branch_id,idx_contact_branch_id | idx_branch_id | 4 | meituancrm.bu.branch_id | 1 | |

| 1 | SIMPLE | c | eq_ref | PRIMARY | PRIMARY | 108 | meituancrm.cb.contact_id | 1 | |

+—-+————-+——-+——–+————————————-+————————-+———+————————–+——+———————————————-+

从执行计划上看，mysql先查org_emp_info表扫描8849记录，再用索引idx_userid_status关联branch_user表，再用索引idx_branch_id关联contact_branch表，最后主键关联contact表。

rows返回的都非常少，看不到有什么异常情况。我们在看一下语句，发现后面有order by + limit组合，会不会是排序量太大搞的？于是我们简化SQL，去掉后面的order by 和 limit，看看到底用了多少记录来排序

select

count(*)

from

contact c

inner join

contact_branch cb

on c.id = cb.contact_id

inner join

branch_user bu

on cb.branch_id = bu.branch_id

and bu.status in (

inner join

org_emp_info oei

on oei.data_id = bu.user_id

and oei.node_left >= 2875

and oei.node_right <= 10802

and oei.org_category = - 1

+———-+

| count(*) |

+———-+

| 778878 |

+———-+

1 row in set (5.19 sec)

发现排序之前居然锁定了778878条记录，如果针对70万的结果集排序，将是灾难性的，怪不得这么慢，那我们能不能换个思路，先根据contact的created_time排序，再来join会不会比较快呢？

于是改造成下面的语句，也可以用straight_join来优化

select

c.id,

c.name,

c.position,

c.sex,

c.phone,

c.office_phone,

c.feature_info,

c.birthday,

c.creator_id,

c.is_keyperson,

c.giveup_reason,

c.status,

c.data_source,

from_unixtime(c.created_time) as created_time,

from_unixtime(c.last_modified) as last_modified,

c.last_modified_user_id

from

contact c

where

exists (

select

from

contact_branch cb

inner join

branch_user bu

on cb.branch_id = bu.branch_id

and bu.status in (

inner join

org_emp_info oei

on oei.data_id = bu.user_id

and oei.node_left >= 2875

and oei.node_right <= 10802

and oei.org_category = - 1

where

c.id = cb.contact_id

)

order by

c.created_time desc limit 0 ,

10;

验证一下效果预计在1ms内，提升了13000多倍！

“`sql

10 rows in set (0.00 sec)

本以为至此大工告成，但我们在前面的分析中漏了一个细节，先排序再join和先join再排序理论上开销是一样的，为何提升这么多是因为有一个limit！大致执行过程是：mysql先按索引排序得到前10条记录，然后再去join过滤，当发现不够10条的时候，再次去10条，再次join，这显然在内层join过滤的数据非常多的时候，将是灾难的，极端情况，内层一条数据都找不到，mysql还傻乎乎的每次取10条，几乎遍历了这个数据表！

用不同参数的SQL试验下

select

sql_no_cache c.id,

c.name,

c.position,

c.sex,

c.phone,

c.office_phone,

c.feature_info,

c.birthday,

c.creator_id,

c.is_keyperson,

c.giveup_reason,

c.status,

c.data_source,

from_unixtime(c.created_time) as created_time,

from_unixtime(c.last_modified) as last_modified,

c.last_modified_user_id

from

contact c

where

exists (

select

from

contact_branch cb

inner join

branch_user bu

on cb.branch_id = bu.branch_id

and bu.status in (

inner join

org_emp_info oei

on oei.data_id = bu.user_id

and oei.node_left >= 2875

and oei.node_right <= 2875

and oei.org_category = - 1

where

c.id = cb.contact_id

)

order by

c.created_time desc limit 0 ,

10;

Empty set (2 min 18.99 sec)

2 min 18.99 sec！比之前的情况还糟糕很多。由于mysql的nested loop机制，遇到这种情况，基本是无法优化的。这条语句最终也只能交给应用系统去优化自己的逻辑了。

通过这个例子我们可以看到，并不是所有语句都能优化，而往往我们优化时，由于SQL用例回归时落掉一些极端情况，会造成比原来还严重的后果。所以，第一：不要指望所有语句都能通过SQL优化，第二：不要过于自信，只针对具体case来优化，而忽略了更复杂的情况。

慢查询的案例就分析到这儿，以上只是一些比较典型的案例。我们在优化过程中遇到过超过1000行，涉及到16个表join的“垃圾SQL”，也遇到过线上线下数据库差异导致应用直接被慢查询拖死，也遇到过varchar等值比较没有写单引号，还遇到过笛卡尔积查询直接把从库搞死。再多的案例其实也只是一些经验的积累，如果我们熟悉查询优化器、索引的内部原理，那么分析这些案例就变得特别简单了。

写在后面的话

本文以一个慢查询案例引入了MySQL索引原理、优化慢查询的一些方法论;并针对遇到的典型案例做了详细的分析。其实做了这么长时间的语句优化后才发现，任何数据库层面的优化都抵不上应用系统的优化，同样是MySQL，可以用来支撑Google/FaceBook/Taobao应用，但可能连你的个人网站都撑不住。套用最近比较流行的话：“查询容易，优化不易，且写且珍惜！”

参考

参考文献如下：

1.《高性能MySQL》

2.《数据结构与算法分析》

网址：MySQL索引原理及慢查询优化(转载) https://www.yuejiaxmz.com/news/view/244181

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