《High Performance MySQL, 4th Edition》高性能 MySQL 第四版阅读笔记

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说明

《High Performance MySQL, 4th Edition,》还没有正式出版(2021-10-27 15:48:25),在 O’Reilly 的网站上可读,新注册用户可以免费阅读全文 10 天。

Chapter 1. MySQL Architecture

mysql逻辑架构

最外层:承接网络连接、认证等功能。

中间层:查询分析、优化、缓存、内置函数等。

最底层:存储引擎,向中间层提供操作 API,存储引擎不理解 SQL 也不产生通信。

MySQL 服务端已经支持了连接池,也提供对接第三方连接池等接口。

优化器执行优化动作时,需要获得存储引擎的特性、存储引擎执行特定操作的耗时、表中数据情况的统计值。

MySQL5.7.20 移除了查询缓存,它会成为并发时的性能瓶颈,结果缓存要由客户程序实现。

并发读写

并发读写的管理方法:

  1. 首先,用读写锁解决同一段数据的并发读写问题
  2. 其次,通过降低锁的粒度,提高并发读写性能,但是锁的粒度越小,锁管理带来的开销越大
  3. 表锁:server 实现了独立于存储引擎的表锁,譬如 alter table 时使用 server 实现的表锁
  4. 行锁:行锁由存储引擎实现,server 通常不感知存储引擎内部实现的锁

事务

事务内容这里主要讲解了熟知的 ACID 和隔离级别,提供了两篇参考阅读:

  1. A Critique of ANSI SQL Isolation Levels
  2. Consistency Models

在事务中进行更新操作时,如果两个事务中的更新顺序不同,可能出现死锁

事务1,先更改 stock_id = 4:

START TRANSACTION;
UPDATE StockPrice SET close = 45.50 WHERE stock_id = 4 and date = '2020-05-01';
UPDATE StockPrice SET close = 19.80 WHERE stock_id = 3 and date = '2020-05-02';
COMMIT;

事务2,先更改 stock_id = 3:

START TRANSACTION;
UPDATE StockPrice SET high = 20.12 WHERE stock_id = 3 and date = '2020-05-02';
UPDATE StockPrice SET high = 47.20 WHERE stock_id = 4 and date = '2020-05-01';
COMMIT;

innodb 会识别这种循环依赖,发现后直接报错,其它数据库有可能使用超时的方式。

innodb 发现死锁后,会把加锁数量最少(使用估计数值)的事务回滚,客户程序需要处理这种情况,譬如重试。

事务日志/Transaction Logging 用来提高事务效率,将随机IO操作尽可能转变成顺序IO操作。

MySQL事务的特点:

  1. insert/update/delete 语句自动提交事务,可以用会话变量 AUTOCOMMIT 关闭自动提交
  2. set AUTOCOMMIT = 0,执行 commit 或者 rollback 后会立即开启一个新事务,即会话一直处于事务中
  3. set AUTOCOMMIT = 1,用 begin、start transaction 开启需要执行多语句的事务
  4. 有些语句在事务中使用时,会自动提交当前事务,然后再执行自身,譬如 alter table、lock tables 等
  5. 事务由存储引擎实现,一个事务不能跨两个不同的存储引擎
  6. 事务由存储引擎实现,如果在一个不支持事务的表上执行事务,MySQL 不会给出提示
  7. 事务中加的锁,都在 commit 或者 rollback 时释放

如果两个表使用不同的存储引擎,其中一张表不支持事务。在一个事务中同时操作这两张表,事务执行不会报错,回滚时,不支持事务的表上的数据不会回滚

可以按会话设置事务的隔离级别:

mysql> SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;

显式加锁方法:

SELECT  LOCK IN SHARE MODE   // MySQL 8.0 之前
SELECT ... FOR SHARE          // MySQL 8.0 之后
SELECT ... FOR UPDATE

MVCC

MVCC 目的是减少行锁的使用。

读已提交和可重复读中使用了 MVCC,读未提交和串行化不需要使用 MVCC。

MVCC 没有统一的实现标准,各个引擎按自己理解实现。

Replication

MySQL的 Replication 含义是: 一个节点把收到的请求分发到其它多个节点上。

这部分内容后面有个专门章节说明。

存储引擎

Innodb 引擎情况:

  1. InnoDB 5.7 开始 支持动态 DDL,不需要锁全表
  2. InnoDB 5.7 开始支持 json
  3. InnoDB 8.0.7 开始支持 json 多值索引

MySQL支持的其它存储引擎以及特点:

  1. MyISAM engine:MySql 8.0 已经移除,不再支持
  2. Archive engine,只支持 select 和 insert,用于高速写入和存储压缩,每行数据用zlib压缩后存储,查询时全表扫描,不支持事务
  3. Blackhoe engine,只写日志,不存储数据
  4. CSV engine,直接读写 csv 文件
  5. Federated engine,代理到其它 server,容易引发各种问题 MySQL 默认关闭,mariadb 开发了继任 FederatedX
  6. Memory engine,不支持行锁,varchar等都是存放固定大小
  7. Merge storage engine,把几个 MyISAM 表虚拟成一个表,已经不建议使用
  8. NDB Cluster engine,对接 NDB 集群存储

Chapter 2. Monitoring in a Reliability Engineering World

Chapter 3. Operating System And Hardware Optimization

Chapter 4. Optimizing Server Settings

默认配置文件路径:

$ /usr/sbin/mysqld --verbose --help | grep -A 1 'Default options'
Default options are read from the following files in the given order:
/etc/mysql/my.cnf ~/.my.cnf /usr/etc/my.cnf

每个程序在配置文件中有自己的同名配置章节,譬如服务端的 mysqld 对应的配置章节是 [mysqld]。

配置项的作用域:

  1. global scope:对后续所有新建会话有效
  2. session scope:只对当前会话有效,断开连接后丢失

能在运行时修改的配置为动态配置(mysql重启后丢失),session scope 和 global scope 的修改方法:

SET sort_buffer_size = <value>;
SET GLOBAL sort_buffer_size = <value>;
SET @@sort_buffer_size := <value>;
SET @@session.sort_buffer_size := <value>;
SET @@global.sort_buffer_size := <value>;

MySQL 8.0 开始支持「持久化的修改」:

SET PERSIST ...

查看所有全局变量:

show global variables\G;

内存相关:

  1. 每个执行语句的连接占用的内存需要得到保证,否则会因为内存不足而执行失败
  2. 预留操作系统使用的内存
  3. InnoDB Buffer poll 是内存大户,缓存索引、行数据、change buffer、锁等,需要得到足够的保障

磁盘IO:

  1. InnoDB 通过日志文件,减少随机写
  2. tablespace 相关

Chapter 5. Optimizing Schema And Data Types

字段类型原则:

  1. smaller is usually better
  2. simple is good,能用数值不用字符串
  3. avoid null if possible,不允许存在 NULL 会有一定的提升,但是有限!

数值

整数/whole numbers:

tinyint      8 bits
smallint    16 bits
mediumint   24 bits
int         32 bits
bigint      64 bits

实数/real numbers:

  1. float 和 double 使用标准的浮点数运算计算出近似值
  2. float 32 bits,double 64 bits
  3. decimal 是精确的实数,没有精度损失

注意事项:

  1. MySQL 进行整数运算使用的是 bigint,float 和 double 的运算使用的是 double
  2. decimal 能够提供精确运算可以用于金融数字,但是运算开销大。建议把小数扩大一定倍数后,按整数对待

字符串

对于字符串,不同的存储引擎实现方式不同,下面都是 innodb 的行为。

变长字符串/varchar:

  1. 额外使用 1~2个字节存储字符串长度,超过 255 时使用两个字节记录
  2. varchar 节省存储空间,但是被更改时,一行数据的长度发生变化,会产生碎片或者页面分裂,导致额外的处理
  3. varchar 适用于最大长度比较大,很少被修改的场景
  4. MySQL 在处理 varchar 时会对它占用的内存进行悲观假设,varchar 的最大长度不要超过实际需要

定长字符串/char:

  1. 适用于短小的定长字符串,譬如密码的 md5 数值
  2. 通常比 varchar 更高效,并且对修改友好

变长字节/varbinary:

  1. 和 varchar 类似,存放变长的二进制字符串

定长字节/binary:

  1. 和 char 类似,存放二进制字符串

注意事项:

  1. binary 字符串的比较操作比 char 字符串更高效
  2. 如果 varchar(5) 满足需求,不要使用 varchar(200),MySQL 内部处理会对需要的内存进行悲观假设,譬如临时表

文本

文本被作为一个单独对象处理,innodb 会把大的文本单独存放。

字符文本/text:

tinytext
smalltext
text  等同于 smalltext
mediumtext
longtext

二进制文本/blob:

tinyblob
smallblob
blob 等同于 smallblob
mediumblob
longblob

注意事项:

  1. 对文本进行比较,MySQL 只比较最前面 max_sort_length 个字符
  2. 不能建立索引
  3. 不要把图片存放成 blob,建议存到磁盘上,在数据库里记录位置

枚举

enum 会根据枚举值集合的大小,选择适当的数值存储。

enum 的每个值被存储成按表定义中声明顺序排列的整数

mysql> CREATE TABLE enum_test(
-> e ENUM('fish', 'apple', 'dog') NOT NULL
-> );
mysql> INSERT INTO enum_test(e) VALUES('fish'), ('dog'), ('apple');

mysql> SELECT e + 0 FROM enum_test;
+-------+
| e + 0 |
+-------+
| 1     |
| 3     |
| 2     |
+-------+

如果要按照字符顺序排序:

mysql> SELECT e FROM enum_test ORDER BY FIELD(e, 'apple', 'dog', 'fish');
+-------+
| e     |
+-------+
| apple |
| dog   |
| fish  |
+-------+

注意事项:

  1. enum 被存储为数值,相比字符串,更节省存储空间
  2. enum 和字符串拼接时,会有一个从数值到字符串的转换过程,额外开销明显
  3. enum 和 enum 的拼接会更快
  4. enum 被转换成数值存储,但是在字符串上下文中会被转换成字符串

时间

datetime:

  1. 时间范围广 1000~9999年,精度毫秒,8 字节,日期部分 YYYYMMDDHHMMSS 存储为整数,和时区分开存放
  2. 跨时区使用时,显示存入的字面时间,不转换

timestamp:

  1. 1970 年开始的秒数,GMT 时间,精度为秒,4 字节,最多到 2038年1月19日
  2. 跨时区使用时,显示在当前时区的时间,会转换

注意事项:

  1. 为了避免 timestamp 的 2038 问题,直接用整数类型存放时间戳,unsigned 32-bit 支持到 2106 年

bit 底层使用的是能够容纳它的最小整数类型,和数值类型相比,没有节省空间

MySQL 默认把 bit 类型的字段值看作字符串。

例如 b’00111001’ 转换成十进制是 57 ,对应 ascii 字符 ‘9’,如果直接读取,MySQL 认为它是字符 ‘9’:

mysql> CREATE TABLE bittest(a bit(8));
mysql> INSERT INTO bittest VALUES(b'00111001');
mysql> SELECT a, a + 0 FROM bittest;
+------+-------+
| a    | a + 0 |
+------+-------+
| 9    | 57    |    
+------+-------+

如果用于数值运算, b’00111001’ 会被转换成数值 57,bit 的数值行为容易让人困惑,尽量避免使用

  1. 如果表示一个Y/N,建议用 tinyint,耗费的存储空间和 bit(1) 相同
  2. 如果要表示多个Y/N,建议用 Set 或整数(在代码中标记每个位的含义)

Set

用 Set 存放多个 Y/N:

mysql> CREATE TABLE acl (
    -> perms SET('CAN_READ', 'CAN_WRITE', 'CAN_DELETE') NOT NULL
    -> );
mysql> INSERT INTO acl(perms) VALUES ('CAN_READ,CAN_DELETE');
mysql> SELECT perms FROM acl WHERE FIND_IN_SET('CAN_READ', perms);
+---------------------+
| perms               |
+---------------------+
| CAN_READ,CAN_DELETE |
+---------------------+

用整数存放多个 Y/N:

mysql> SET @CAN_READ := 1 << 0,
    -> @CAN_WRITE := 1 << 1,
    -> @CAN_DELETE := 1 << 2;
mysql> CREATE TABLE acl (
    -> perms TINYINT UNSIGNED NOT NULL DEFAULT 0
    -> );
mysql> INSERT INTO acl(perms) VALUES(@CAN_READ + @CAN_DELETE);
mysql> SELECT perms FROM acl WHERE perms & @CAN_READ;
+-------+
| perms |
+-------+
| 5     |
+-------+

注意事项:

  1. Set 方式优点是直观,查询时直接显示实际含义,缺点是增加新值时,要修改字段定义

Json

相比拆分成多个列,json 的存储空间增加,查询开销也小幅增加。

主键的选择

  1. 设定主键后,其它表引用主键时,一定要用同样的定义,避免额外转换开销或转换错误
  2. 主键类型占用的空间应尽可能小
  3. 优先选择整数类型,避免使用字符串
  4. 避免使用完全随机数,随机会导致数值分布空间大,数值分布不可预测,影响缓存加载,增加插入和查询开销
  5. 如果要存放UUID,转换成16字节的数字存放

注意事项:

  1. ORM 以及一些框架自动生成的表定义,很可能使用了不合理的字段类型

其它注意事项

  1. 表的列数如果有上百行,会带来大量的 cpu 开销,即使只使用几列,innodb 也需要解析所有数据列
  2. 太多表 join 会成为严重问题,MySQL 设置的上限为 61 张表

Chapter 6. Indexing For High Performance

索引分类:

  1. B树索引
  2. 全文索引

MySQL实现的B树索引的限制:

  1. 不支持非最左匹配场景
  2. 不能跳过索引中的某一列,索引中的列整体构成 key,不能跳过中间某一个,以右侧的列为索引(还是最左匹配的问题)

索引推荐读物:Relational Database Index Design and the Optimizers, by Tapio Lahdenmaki and Mike Leach (Wiley)

B树索引优点:

  1. 数值临近的索引,在存储空间上临近,可以为 order by 、 group by 提供优化手段
  2. 索引中备份了构成给索引的字段值,如果查询请求只需要这些字段,可以避免回表查询整行数据

索引评价三星指标:

  1. 是否将相关的行临近存放
  2. 存放顺序是否和查询顺序一致
  3. 是否包含查询需要的列

索引适合中型表和大型表,如果特别小的表,直接扫表更高效。如果表的规模非常大,索引的额外开销会很高,可以使用分区的方式处理。

提高索引性能的策略

目标索引包含的列在 where 条件中单独呈现,不要加函数处理,或者放在运算表达式中

mysql> SELECT actor_id FROM actor WHERE actor_id + 1 = 5;      --  不会命中 actor_id 索引

如果区分度足够,没必要使用整个列,可以使用这个列中数值的前缀,以减少索引占用的空间。对于 blog/text,以及过长的 varchar,MySQL 不允许对完整值建索引。

如果发现某个语句使用了 index_merge,需要考虑下索引能不能优化:

mysql> EXPLAIN SELECT film_id, actor_id FROM film_actor
    -> WHERE actor_id = 1 OR film_id = 1\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: film_actor
         type: index_merge
possible_keys: PRIMARY,idx_fk_film_id
          key: PRIMARY,idx_fk_film_id
      key_len: 2,2
          ref: NULL
         rows: 29
        Extra: Using union(PRIMARY,idx_fk_film_id); Using where

TODO: Multicolumn Indexes 这节没有看明白,说是如果为每个列单独建索引,MySQL 可能使用 index_merge 技术,并发过滤多个索引,然后将结果汇和,这个汇和可能非常耗费内存和CPU。

包含多列的索引:

  1. 如果不考虑排序和 group by,把区分度最高的列放在最左边

普通索引的叶子节点中存放的是主键数值,不是行的地址,如果主键过大,其它索引开销相应增加。

主键索引/聚簇索引的示意图,叶子节点存放的是完整行:

cluster index 索引

普通索引的示意图,叶子节点存放的是主键数值:

普通索引

避免用 uuid 做主键,会导致写入性能大幅下降,uuid 数值随机导致插入时写入位置随机:

uuid做主键的开销

用 ANALYZE TABLE 重建索引的统计数值。

Chapter 7. Query Performance Optimization

执行过程与开销度量

MySQL 语句执行过程:

mysql查询过程

响应时间由两部分组成:

  1. servcie time:MySQL 真正执行语句的时间
  2. queue time: 等待执行的时间,IO、锁等各种原因导致的排队

客户端与 MySQL Server 的通信是半双工的,发送方的数据发送过程不会被打断。SQL 语句长度受到 max_allowed_packet 的限制。

MySQL 每找到一条满足条件的数据后,就立即发送给客户端,边找边发送(排序情况除外)。

服务端向客户端发送数据时,语句处于 sending data 状态,不会释放锁以及其它资源。

服务端线程状态

  1. sleep;等待客户端的查询语句
  2. query:正在执行查询或者返回数据中
  3. locked:等待服务端实现的表锁
  4. analyzing and statistics:分析存储引擎的统计数据,进行查询优化
  5. coping to tmp table [on disk]:数据拷贝到零时表中
  6. sorting result:结果排序
  7. sending data

上一条语句的执行开销记录在当前会话的 Last_query_cost 变量中,意思是执行了多少次数据页面随机读取动作( 这是实际代价,和 explain 语句中的估计代价不同):

mysql> show status like 'Last_query_cost';;
+-----------------+--------------+
| Variable_name   | Value        |
+-----------------+--------------+
| Last_query_cost | 20276.199000 |
+-----------------+--------------+
1 row in set (0.00 sec)

导致 SQL 执行慢的原因:

  1. 获取了过多的行、以及过多的列
  2. 扫描太多的行才找到匹配的数据

MySQL访问数据方式由快到慢:

  1. constants
  2. unique index lookups
  3. range scans
  4. index scans
  5. full table scans

where 语句有三个作用位置:

  1. 作用于存储引擎查询:查询存储引擎时直接排除不需要的数据
  2. 作用于索引字段排除:使用了 covering index 时,排除索引中不需要的字段
  3. 作用于 MySQL Server: 对从存储引擎中取出的数据进一步过滤

如果 MySQL 检查的数据行数,远远大于最终查找到的行数,尝试用以下几种优化方式:

  1. 使用 covering indexes,减少回表
  2. 重新设计表,譬如针对数据聚合场景,设计里一个专用的 Summary 表
  3. 重构查询语句,让 MySQL 能够有效优化

查询语句的重构思路主要有以下几个:

  1. 单条复杂语句与多条语句的权衡: 相比数据读取,网络延迟更大,如果可能,减少查询是一个好的策略。
  2. 分治处理:譬如要检索全表删除一部分数据,可以每万条执行一次。
  3. join 语句拆解:把一个 join 语句拆成多个独立语句,相应数据处理放在应用层实现。

优化器与语句

优化器的两个基本的优化方法:

  1. static 静态优化:通过分析 sql 语句解析出来 parse tree,静态计算 where 语句开销,与查询语句中的数值无关
  2. dynamic 动态优化:根据 where 语句中的数值、数据行数、索引情况等「变动的数据」估算代价,进行语句优化

MySQLserver 不记录数据的的统计数值,统计数值由存储引擎维护。

优化器未选出实际最优方案的原因:

  1. 受到事务/mvcc等影响,优化器使用的统计数据错误(没有更新到准确数值)
  2. 估计的执行代价和实际执行代价不同,MySQL 优化器不假定数据在缓存中,全部按磁盘读取估计代价
  3. 优化器的优化策略是代价尽可能小,而不是尽可能快
  4. 优化器不考虑并行的其它语句可能带来的改善(譬如缓存)
  5. 优化器有些固化的规则,导致没有选出最优方案。譬如如果存在 match,无脑选择 fulltext 索引
  6. 优化器不考虑不再掌控范围内的操作代价,譬如sql中使用的自定义函数、存储过程函数
  7. 优化器不会评估所有的执行计划,可能漏掉了最佳方案

优化器能够识别的优化项目:

  1. reordering join:join 语句重排,优化器能够判断出最佳的 join 顺序
  2. couverting out joins to inner joins:转换成等价的 inner join
  3. Applying algebraic equivalence rules:譬如 5=5 and a>5 会被转换成等价的 a>5
  4. count(), min(), and max() optimizations:利用B树索引特点,直接从第一个/最后一个位置取出最小/最大值
  5. Evaluating and reducing constant expressions:直接把结果为常量的表达式计算成常量

优化时发现条件不可能满足,直接终止:

mysql> EXPLAIN SELECT film.film_id FROM film WHERE film_id = 1;
+----+...+-----------------------------------------------------+
| id |...| Extra                                               |
+----+...+-----------------------------------------------------+
|  1 |...| Impossible WHERE noticed after reading const tables |
+----+...+-----------------------------------------------------+

结果排序过程

MySQL 不能直接获取到有序的结果(除非是按照有索引的列排序),通常需要执行专门的排序操作。无论是内存中排序还是利用磁盘 文件排序,在 MySQL 中统一称为 filesort,选用的排序算法是快排。

排序时,以行的最大可能长度为单位申请内存,使用 varchar 时要特别小心:

  1. 如果使用了 varchar,采用 varchar 的最大长度
  2. 如果使用了 utf-8,每个字符默认占用 3 字节

如果 order by 使用了非第一个表中的列,MySQL 将结果存放在临时表,然后在临时表上排序,explain 中显示 Using temporary; Using filesort

limit 作用于排序后的结果,不能减少排序开销。

in 语句特点

MySQL 把 in 语句中的多个数值构建成一个二叉搜索树,实现 O(logn) 的时间复杂度。有些数据库选用等价于 or 语句的方案,时间复杂度为 O(n)。

优化时,如果发现一个查询任务的 in() 列表,适用于另一个查询任务,优化器会将 in() 条件加入另一个查询任务中。如果 in() 列表过大,反而会导致整体变慢。

最重要的 join 优化

MySQL将每条语句都当作 join 语句处理,或者说会把众多语句都归化为 join 场景,单表查询被看作是一个特殊的 join,因此 join 优化是最重要的优化。

MySQL 执行的 join 的过程: 从一张表中找到一条符合条件的记录后,立即转入下一个表寻找符合条件的记录,如果没找到回退到上一张表,如果所有表中符合条件的行都找到了,提取每个表中的相关的列组成一条结果。 把各种类型的 join 都转换 left outer join / inner join 场景,不支持 full outer join

MySQL join执行原理

MySQL 的 join 实现方法导致执行计划是一棵向左倾斜的树:

MySQL 的执行计划树

join 优化中最重要的一项是通过调整表的顺序,即通过调整驱动表,用更小的代价得到同样的结果

注意:如果表的数量过多,排列组合的总数会指数式增加,MySQL 不会评估所有组合,表的数量超过 optimizer_search_depth 时,使用贪心策略寻找较优方案,因此可能漏掉最优方案

另外,MySQL 会根据表中数据以及查询语句特点,提前结束或者缩小数据遍历范围。

file.file_id = 1 的记录只有一条时,对应的 ref 类型为 const:

mysql> EXPLAIN SELECT film.film_id, film_actor.actor_id
    -> FROM film
    ->    INNER JOIN film_actor USING(film_id)
    -> WHERE film.film_id = 1;
+----+-------------+------------+-------+----------------+-------+------+
| id | select_type | table      | type  | key            | ref   | rows |
+----+-------------+------------+-------+----------------+-------+------+
|  1 | SIMPLE      | film       | const | PRIMARY        | const |    1 |
|  1 | SIMPLE      | film_actor | ref   | idx_fk_film_id | const |   10 |
+----+-------------+------------+-------+----------------+-------+------+

对于一个 film_id 只要在 file_actor 表中找到一条对应记录,就排除它,不再检查 file_actor 表中的其它数据:

mysql> SELECT film.film_id
    -> FROM film
    ->    LEFT OUTER JOIN film_actor USING(film_id)
    -> WHERE film_actor.film_id IS NULL;

MySQL 会识别出 film_id > 500 也适用于 film_actor,限制 对 film_actor 表的扫描范围:

mysql> SELECT film.film_id
    -> FROM film
    ->    INNER JOIN film_actor USING(film_id)
    -> WHERE film.film_id > 500;

优化器的局限

MySQL 的 join 优化机制,有一些不适应的场景,需要避免使用一些语句用法。

关联子查询缺陷

如果在 in 中使用关联子查询(correlated subqueries), MySQL 的优化结果会很差,例如:

mysql> SELECT * FROM film
    -> WHERE film_id IN(
    ->    SELECT film_id FROM film_actor WHERE actor_id = 1);

MySQL 将其优化成类似下面的语句:

SELECT * FROM film
WHERE EXISTS (
   SELECT * FROM film_actor WHERE actor_id = 1
   AND film_actor.film_id = film.film_id);

它没有取出有限的 film_id 作为约束,而是对 film 进行全表扫描,判断每行数据是否满足约束:

mysql> EXPLAIN SELECT * FROM film ...;
+----+--------------------+------------+--------+------------------------+
| id | select_type        | table      | type   | possible_keys          |
+----+--------------------+------------+--------+------------------------+
|  1 | PRIMARY            | film       | ALL    | NULL                   |
|  2 | DEPENDENT SUBQUERY | film_actor | eq_ref | PRIMARY,idx_fk_film_id |
+----+--------------------+------------+--------+------------------------+

改进方法一:用 exists 语句代替 in,等价效果的 exists 语句通常好于 in。(书中未说明原因 TODO)

mysql> SELECT * FROM film
    -> WHERE EXISTS(
    ->    SELECT * FROM film_actor WHERE actor_id = 1
    ->       AND film_actor.film_id = film.film_id);

改进方法二:用 join 语句替换子查询,MySQL 选择则符合条件的数据量更少的 film_actor 表做驱动表。

mysql> SELECT film.* FROM film
    ->    INNER JOIN film_actor USING(film_id)
    -> WHERE actor_id = 1;

改进方法三:拆成两条语句,先查出 film_id,第二条语句的 in 中直接填入 id,这种方式会比较 join 快。

mysql> SELECT film_id FROM film_actor WHERE actor_id = 1);
mysql> SELECT * FROM film  WHERE film_id IN(XXX)

需要注意,并非所有 join 语句都比使用子查询高效,例如下面的 join 语句:

mysql> SELECT DISTINCT film.film_id FROM sakila.film
    ->    INNER JOIN sakila.film_actor USING(film_id);

用 join 语句会把一个 film_id 能够关联的行全部生成,再执行去重动作。

实际并不需要生成所有行,只要找到一个关联行就可以确定当前 film_id 在结果中,子查询更高效:

mysql> SELECT film_id FROM sakila.film
    ->    WHERE EXISTS(SELECT * FROM sakila.film_actor
    ->    WHERE film.film_id = film_actor.film_id);

使用 join 语句时,要注意以下事项:

  1. 用于连接的列上有索引
  2. group by 和 order by 使用的列位于一张表,使 MySQL 能够选出可用的索引
  3. 不同版本的 MySQL 的 join 行为可能不同,升级版本时要特别注意

union 语句缺陷

union 中的限制条件不会被用于子语句。

下面的语句会把 actor 和 customer 两张表的所有数据全部导入到临时表中 ,然后从临时表中取 20 行:

(SELECT first_name, last_name
 FROM sakila.actor
 ORDER BY last_name)
UNION ALL
(SELECT first_name, last_name
 FROM sakila.customer
 ORDER BY last_name)
LIMIT 20;

改成下面的方式可以避免两张表的全量数据排序(但是结果会有变化,需要根据实际情况决定):

(SELECT first_name, last_name
 FROM sakila.actor
 ORDER BY last_name
 LIMIT 20)
UNION ALL
(SELECT first_name, last_name
 FROM sakila.customer
 ORDER BY last_name
 LIMIT 20)
LIMIT 20;

使用 union 还需要注意,

  1. MySQL 默认对 union 的结果进行排序,如果不需要排序,使用 union all

Index Merge 缺陷

当 where 后面的条件比较复杂时,用一个表的多个索引分别查出多个结果,然后对多个结果集合进行集合运算得出最终结果,这个特性叫做 Index Merge。 但是 MySQL 不支持在多个 cpu 上并发执行一个会话线程,index merge 中的多个索引独立查询是串行的

另外 MySQL 不支持通用的稀疏索引(只在个别 group by 场景有一定支持),需要明确建立更多索引。

例如语句 SELECT ... FROM tbl WHERE b BETWEEN 2 AND 3;,如果支持稀疏索引,在不为 b 建索引的情况下,先对 a=1 的行对应对 b 列快速查找(稀疏索引应该自动实现 b 列上索引),查找完后 a=1 的行后,再从 a=2 处重复上述动作。

稀疏索引

禁止同时读写

MySQL 不允许一个 sql 语句同时读写同一张表:

mysql> UPDATE tbl AS outer_tbl
    ->    SET cnt = (
    ->       SELECT count(*) FROM tbl AS inner_tbl
    ->       WHERE inner_tbl.type = outer_tbl.type
    ->    );
ERROR 1093 (HY000): You can't specify target table 'outer_tbl' for update in FROM
clause

常用技巧与注意事项

利用索引特性找最大/最小值

first_name 上没有索引,actor_id 是有索引, actor_id 是已经排好顺序的。

如果用下面的写法,MySQL 需要对全表进行扫描,找出所有 first_name = ‘PENELOPE’ 的列 ,然后取 actor_id 的最小值:

mysql> SELECT MIN(actor_id) FROM sakila.actor WHERE first_name = 'PENELOPE';

利用 actor_id 已经有序的特性,写出更高效的语句,找出 first_name = ‘PENELOPE’ 的第一个记录:

mysql> SELECT actor_id FROM sakila.actor USE INDEX(PRIMARY)
    -> WHERE first_name = 'PENELOPE' LIMIT 1;

这种写法的问题是,语句含义不直观,表面看是查找满足条件的第一行数据,实际目的是找 min(actor_id)。

用 count() 统计记录数

count() 函数有两个工作场景:

  1. count(列名):统计列中非 NULL 的数值数量,注意是不去重的数值数量,等同于有数值的行数
  2. count(*):统计行数

以下表中的数据为例:

mysql> select * from scores;
+----+---------+-----------+-------+---------------------+---------------------+
| id | name    | home      | score | create_at           | update_at           |
+----+---------+-----------+-------+---------------------+---------------------+
|  1 | 小明    | NULL      |   104 | 2021-01-01 00:00:00 | 2021-09-23 17:14:57 |
|  2 | 小明    | NULL      |   100 | 2021-01-02 00:00:00 | 2021-08-10 18:19:25 |
|  3 | 小红    | NULL      |    20 | 2021-11-02 18:37:00 | 2021-11-02 18:37:00 |
|  4 | 小红    | NULL      |    98 | 2021-02-01 00:00:00 | 2021-08-10 18:19:25 |
|  5 | 小王    | NULL      |    10 | 2021-09-01 14:01:33 | 2021-09-01 14:01:33 |
|  6 | 小王    | NULL      |    11 | 2021-09-01 14:02:58 | 2021-09-01 14:02:58 |
|  7 | 王二    | 黑龙江    |     0 | 2021-09-24 16:01:58 | 2021-11-02 19:35:09 |
|  8 | wanger  | 黑龙江    |     0 | 2021-09-24 16:08:31 | 2021-09-24 16:08:31 |
|  9 | wanger2 | NULL      |     0 | 2021-09-24 16:16:59 | 2021-09-24 16:16:59 |
+----+---------+-----------+-------+---------------------+---------------------+

count(home) 的结果是 2,两个「黑龙江」,排除了 NULL:

mysql> select count(home) from  scores;
+-------------+
| count(home) |
+-------------+
|           2 |
+-------------+
1 row in set (0.00 sec)

count(*) 的结果是表的行数:

mysql> select count(*) from  scores;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|        9 |
+----------+
1 row in set (0.00 sec)

可以用一个语句同时计算出一个列中不同数值出现的次数。

方法1:用 count(col) 实现,非关心的数值标记为 NULL

mysql> select count(name='小明' or NULL),count(name='王二' or NULL) from scores;
+------------------------------+------------------------------+
| count(name='小明' or NULL)   | count(name='王二' or NULL)   |
+------------------------------+------------------------------+
|                            2 |                            1 |
+------------------------------+------------------------------+

方法2:用 sum() 实现,非关心的数值累加 0

mysql> select sum(if(name='小明',1,0)) ,sum(if(name='王二',1,0))  from scores;
+----------------------------+----------------------------+
| sum(if(name='小明',1,0))   | sum(if(name='王二',1,0))   |
+----------------------------+----------------------------+
|                          2 |                          1 |
+----------------------------+----------------------------+

count() 计算的是精确数量,需要把所有数据查出后才能获得。

如果对精确性要求低,可以直接使用 explain 估计的行数

mysql> explain select * from scores;
+------+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+------+-------+
| id   | select_type | table  | type | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | Extra |
+------+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+------+-------+
|    1 | SIMPLE      | scores | ALL  | NULL          | NULL | NULL    | NULL |    7 |       |
+------+-------------+--------+------+---------------+------+---------+------+------+-------+

group by 和 distinct 注意事项

group by 和 distinct 的内部实现类似,优化的时候经常彼此转换,主要优化方式:

  1. 使用的聚集列上要有索引
  2. 需要读取非聚集列,建议在 SQL_MODE 中添加 ONLY_FULL_GROUP_BY,在读取非聚集列时报错
  3. 如果不需要排序,用 order by null 取消,MySQL 默认 group by 的结果排序
  4. 不要在语句中使用 with rollup,把汇总操作放在应用层实现

group by 使用的列上没有索引时,MySQL 要使用临时表或者 filesort 处理。

with rollup 说明:将 group by 的分组聚合数值累加后作为最后一列。

mysql> select coalesce(name,'合计') name,sum(score) from scores group by name with rollup;
+---------+------------+
| name    | sum(score) |
+---------+------------+
| 王二    |          0 |
| wanger  |          0 |
| wanger2 |          0 |
| 小王    |         21 |
| 小红    |        118 |
| 小明    |        204 |
| 合计    |        343 |
+---------+------------+
7 rows in set, 1 warning (0.01 sec)

limit 优化

常规的 limit 写法会检索 offset+limit 条数据,如果 offset 非常大,会导致检索大量数据。

下面的语句检索 55 条数据后,抛弃前 50 行:

mysql> SELECT film_id, description FROM sakila.film ORDER BY title LIMIT 50, 5;

优化方法1:用 join 语句减少列数据读取。

子查询中先完成排序,获得要输出的 film_id,这一步只读取 film_id,不读取其它列,film_id 要有索引,利用 covering index 避免回表。 然后 MySQL 使用子查询生成的表作为驱动表,只扫描 5 个 film_id 对应的行:

mysql> SELECT film.film_id, film.description
    -> FROM sakila.film
    ->    INNER JOIN (
    ->       SELECT film_id FROM sakila.film
    ->       ORDER BY title LIMIT 50, 5
    ->    ) AS lim USING(film_id);

优化方法2:使用游标。

mysql> SELECT * FROM sakila.rental
-> WHERE rental_id < 16030
-> ORDER BY rental_id DESC LIMIT 20;

不要使用 SQL_CALC_FOUND_ROWS,SQL_CALC_FOUND_ROWS 是把所有行都查出来再统计数值:

mysql> select SQL_CALC_FOUND_ROWS * from scores limit 2,2;
+----+--------+------+-------+---------------------+---------------------+
| id | name   | home | score | create_at           | update_at           |
+----+--------+------+-------+---------------------+---------------------+
|  3 | 小红   | NULL |    20 | 2021-11-02 18:37:00 | 2021-11-02 18:37:00 |
|  4 | 小红   | NULL |    98 | 2021-02-01 00:00:00 | 2021-08-10 18:19:25 |
+----+--------+------+-------+---------------------+---------------------+
2 rows in set (0.00 sec)

mysql> SELECT FOUND_ROWS();
+--------------+
| FOUND_ROWS() |
+--------------+
|            9 |    <-- 把所有数据都查出后统计的数字
+--------------+
1 row in set (0.01 sec)

如果要获取数据总行数:

  1. 用 explain 获取估计数值(google 搜索结果中的数量就是估计数值)
  2. 用 count(*) 单独查出来

Chapter 8. Scaling MySQL

参考

  1. 李佶澳的博客
  2. High Performance MySQL, 4th Edition

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