MySQL优化器实现原理

慢查询日志 slow query log

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/slow-query-log.html

打开慢日志开关

因为开启慢查询日志是有代价的(跟 bin log、optimizer-trace 一样),所以它默 认是关闭的:

show variables like 'slow_query%';
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除了这个开关,还有一个参数,控制执行超过多长时间的 SQL 才记录到慢日志,默 认是 10 秒

show variables like 'long_query_time';

可以直接动态修改参数(重启后失效)。

set @@global.slow_query_log=1; -- 1 开启,0 关闭,重启后失效 
set @@global.long_query_time=3; -- mysql 默认的慢查询时间是 10 秒,另开一个窗口

或者修改配置文件 my.cnf。 以下配置定义了慢查询日志的开关、慢查询的时间、日志文件的存放路径。

slow_query_log = ON
 long_query_time=2
slow_query_log_file =/var/lib/mysql/localhost-slow.log

模拟慢查询:

select sleep(10);
--查询 user_innodb 表的 500 万数据(检查是不是没有索引)。
SELECT * FROM `user_innodb` where phone = '136';

慢日志分析

日志内容

show global status like 'slow_queries'; -- 查看有多少慢查询
 show variables like '%slow_query%'; -- 获取慢日志目录

假设文件在: /var/lib/mysql/ localhost-slow.log

cat /var/lib/mysql/ localhost-slow.log
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有了慢查询日志,怎么去分析统计呢?比如 SQL 语句的出现的慢查询次数最多,平 均每次执行了多久?

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/mysqldumpslow.html MySQL 提供了 mysqldumpslow 的工具,在 MySQL 的 bin 目录下

mysqldumpslow --help

例如:查询用时最多的 20 条慢 SQL:

mysqldumpslow -s t -t 20 -g 'select' /var/lib/mysql/localhost-slow.log
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Count 代表这个 SQL 执行了多少次;
Time 代表执行的时间,括号里面是累计时间;
Lock 表示锁定的时间,括号是累计;
Rows 表示返回的记录数,括号是累计。

除了慢查询日志之外,还有一个 SHOW PROFILE 工具可以使用。

SHOW PROFILE

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/show-profile.html
SHOW PROFILE 是谷歌高级架构师 Jeremy Cole 贡献给 MySQL 社区的,可以查看SQL 语句执行的时候使用的资源,比如 CPU、IO 的消耗情况。
在 SQL 中输入 help profile 可以得到详细的帮助信息。

  • 查看是否开启
select @@profiling;
 set @@profiling=1;
  • 查看 profile 统计
    (命令最后带一个 s)
show profiles;
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6.2E-5,小数点左移 5 位,代表 0.000062 秒。

也可以根据 ID 查看执行详细信息,在后面带上 for query + ID。

show profile for query 1;

除了慢日志和 show profile,如果要分析出当前数据库中执行的慢的 SQL,还可以 通过查看运行线程状态和服务器运行信息、存储引擎信息来分析。

其他系统命令

  • show processlist 运行线程
    https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/show-processlist.html
show processlist;

这是很重要的一个命令,用于显示用户运行线程。可以根据 id 号 kill 线程。 也可以查表,效果一样:

select * from information_schema.processlist;
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  • show status 服务器运行状态
    https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/show-status.html SHOW STATUS 用于查看 MySQL 服务器运行状态(重启后会清空),有 session 和 global 两种作用域,格式:参数-值。

可以用 like 带通配符过滤。

SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'com_select'; -- 查看 select 次数
  • show engine 存储引擎运行信息
    https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/show-engine.html show engine 用来显示存储引擎的当前运行信息,包括事务持有的表锁、行锁信息; 事务的锁等待情况;线程信号量等待;文件 IO 请求;buffer pool 统计信息。
    例如:
show engine innodb status;

如果需要将监控信息输出到错误信息 error log 中(15 秒钟一次),可以开启输出。

show variables like 'innodb_status_output%';
 -- 开启输出:
 SET GLOBAL innodb_status_output=ON; 
SET GLOBAL innodb_status_output_locks=ON;

我们现在已经知道了这么多分析服务器状态、存储引擎状态、线程运行信息的命令, 如果让你去写一个数据库监控系统,你会怎么做?

其实很多开源的慢查询日志监控工具,他们的原理其实也都是读取的系统的变量和 状态。
现在我们已经知道哪些 SQL 慢了,为什么慢呢?慢在哪里?
MySQL 提供了一个执行计划的工具(在架构中我们有讲到,优化器最终生成的就是 一个执行计划),其他数据库,例如 Oracle 也有类似的功能。
通过 EXPLAIN 我们可以模拟优化器执行 SQL 查询语句的过程,来知道 MySQL 是 怎么处理一条 SQL 语句的。通过这种方式我们可以分析语句或者表的性能瓶颈。

explain 可以分析 update、delete、insert 么? MySQL 5.6.3以前只能分析 SELECT; MySQL5.6.3以后就可以分析update、delete、 insert 了。

EXPLAIN 执行计划

官方链接:https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/explain-output.html
我们先创建三张表。一张课程表,一张老师表,一张老师联系方式表(没有任何索 引)。

DROP TABLE IF EXISTS course;

CREATE TABLE `course` (
    `cid` INT(3) DEFAULT NULL,
    `cname` VARCHAR(20) DEFAULT NULL,
    `tid` INT(3) DEFAULT NULL
) ENGINE = INNODB CHARSET = utf8mb4;

DROP TABLE IF EXISTS teacher;

CREATE TABLE `teacher` (
    `tid` INT(3) DEFAULT NULL,
    `tname` VARCHAR(20) DEFAULT NULL,
    `tcid` INT(3) DEFAULT NULL
) ENGINE = INNODB CHARSET = utf8mb4;

DROP TABLE IF EXISTS teacher_contact;

CREATE TABLE `teacher_contact` (
    `tcid` INT(3) DEFAULT NULL,
    `phone` VARCHAR(200) DEFAULT NULL
) ENGINE = INNODB CHARSET = utf8mb4;

INSERT INTO `course`
VALUES ('1', 'mysql', '1');

INSERT INTO `course`
VALUES ('2', 'jvm', '1');

INSERT INTO `course`
VALUES ('3', 'juc', '2');

INSERT INTO `course`
VALUES ('4', 'spring', '3');

INSERT INTO `teacher`
VALUES ('1', 'qingshan', '1');

INSERT INTO `teacher`
VALUES ('2', 'jack', '2');

INSERT INTO `teacher`
VALUES ('3', 'mic', '3');

INSERT INTO `teacher_contact`
VALUES ('1', '13688888888');

INSERT INTO `teacher_contact`
VALUES ('2', '18166669999');

INSERT INTO `teacher_contact`
VALUES ('3', '17722225555');

explain 的结果有很多的字段,我们详细地分析一下。 先确认一下环境:

select version(); 
show variables like '%engine%';

id

id 是查询序列编号。

  • id 值不同
    id 值不同的时候,先查询 id 值大的(先大后小)。
-- 查询 mysql 课程的老师手机号
EXPLAIN 
SELECT 
  tc.phone 
FROM
  teacher_contact tc 
WHERE tcid = 
  (SELECT 
    tcid 
  FROM
    teacher t 
  WHERE t.tid = 
    (SELECT 
      c.tid 
    FROM
      course c 
    WHERE c.cname = 'mysql')) ;

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先查课程表,再查老师表,最后查老师联系方式表。子查询只能以这种方式进行, 只有拿到内层的结果之后才能进行外层的查询。

  • id 值相同
-- 查询课程 ID 为 2,或者联系表 ID 为 3 的老师
EXPLAIN 
SELECT 
  t.tname,
  c.cname,
  tc.phone 
FROM
  teacher t,
  course c,
  teacher_contact tc 
WHERE t.tid = c.tid 
  AND t.tcid = tc.tcid 
  AND (c.cid = 2 
    OR tc.tcid = 3) ;

image.png

id 值相同时,表的查询顺序是 从上往下顺序执行。例如这次查询的 id 都是 1,查询 的顺序是 teacher t(3 条)——course c(4 条)——teacher_contact tc(3 条)。
teacher 表插入 3 条数据后:

INSERT INTO `teacher` VALUES  (4, 'james', 4) ;

 INSERT INTO `teacher` VALUES (5, 'tom', 5); 
 
 INSERT INTO `teacher` VALUES (6, 'seven', 6); 
 
-- (备份)恢复语句 
DELETE FROM teacher where tid in (4,5,6); 
COMMIT;

id 也都是 1,但是从上往下查询顺序变成了:teacher_contact tc(3 条)——teacher t(6 条)——course c(4 条)。

image.png

为什么数据量不同的时候顺序会发生变化呢?这个是由 笛卡尔积决定的。

举例:假如有 a、b、c 三张表,分别有 2、3、4 条数据,如果做三张表的联合查询, 当查询顺序是 a→b→c 的时候,它的笛卡尔积是:234=64=24。如果查询顺序是 c →b→a,它的笛卡尔积是 432=122=24

因为 MySQL 要把查询的结果,包括中间结果和最终结果都保存到内存,所以 MySQL 会优先选择中间结果数据量比较小的顺序进行查询。所以最终联表查询的顺序是 a→b→ c。这个就是为什么 teacher 表插入数据以后查询顺序会发生变化。

(小标驱动大表的思想)

  • 既有相同也有不同
    如果 ID 有相同也有不同,就是 ID 不同的先大后小,ID 相同的从上往下

select type 查询类型

这里并没有列举全部(其它:DEPENDENT UNION、DEPENDENT SUBQUERY、 MATERIALIZED、UNCACHEABLE SUBQUERY、UNCACHEABLE UNION)。 下面列举了一些常见的查询类型:

  • SIMPLE
    简单查询,不包含子查询,不包含关联查询 union。


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    再看一个包含子查询的案例:

-- 查询 mysql 课程的老师手机号
EXPLAIN 
SELECT 
  tc.phone 
FROM
  teacher_contact tc 
WHERE tcid = 
  (SELECT 
    tcid 
  FROM
    teacher t 
  WHERE t.tid = 
    (SELECT 
      c.tid 
    FROM
      course c 
    WHERE c.cname = 'mysql')) ;

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  • PRIMARY
    子查询 SQL 语句中的主查询,也就是最外面的那层查询
  • SUBQUERY
    子查询中所有的内层查询都是 SUBQUERY 类型的
  • DERIVED
    衍生查询,表示在得到最终查询结果之前会用到临时表。例如:
-- 查询 ID 为 1 或 2 的老师教授的课程 
EXPLAIN 
SELECT 
  cr.cname 
FROM
  (SELECT 
    * 
  FROM
    course 
  WHERE tid = 1 
    UNION
    SELECT 
      * 
    FROM
      course 
    WHERE tid = 2) cr ;

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对于关联查询,先执行右边的 table(UNION),再执行左边的 table,类型是 DERIVED。

  • UNION
    用到了 UNION 查询。同上例。
  • UNION RESULT
    主要是显示哪些表之间存在 UNION 查询。代表 id=2 和 id=3 的查询 存在 UNION。同上例。

type 连接类型

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/explain-output.html#explain-join-types
所有的连接类型中,上面的最好,越往下越差。
在常用的链接类型中:system > const > eq_ref > ref > range > index > all
这 里 并 没 有 列 举 全 部 ( 其 他 : fulltext 、 ref_or_null 、 index_merger 、 unique_subquery、index_subquery)。
以上访问类型除了 all,都能用到索引

  • const
    主键索引或者唯一索引,只能查到一条数据的 SQL
CREATE TABLE single_data (
    id int(3) PRIMARY KEY,
    content varchar(20)
);

INSERT INTO single_data
VALUES (1, 'a');

EXPLAIN SELECT *
FROM single_data a
WHERE id = 1;
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  • system
    system是 const 的一种特例,只有一行满足条件。例如:只有一条数据的系统表。


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  • eq_ref
    通常出现在多表的 join 查询,表示对于前表的每一个结果,,都只能匹配到后表的 一行结果。一般是唯一性索引的查询(UNIQUE 或 PRIMARY KEY)。
    eq_ref 是除 const 之外最好的访问类型。
    先删除 teacher 表中多余的数据,teacher_contact 有 3 条数据,teacher 表有 3 条数据
DELETE FROM teacher WHERE tid IN (4, 5, 6);

为 teacher_contact 表的 tcid(第一个字段)创建主键索引

ALTER TABLE teacher_contact ADD PRIMARY KEY(tcid);

为 teacher 表的 tcid(第三个字段)创建普通索引。

ALTER TABLE teacher ADD INDEX idx_tcid (tcid);

执行以下 SQL 语句:

select t.tcid from teacher t,teacher_contact tc where t.tcid = tc.tcid;
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小结: 以上三种 system,const,eq_ref,都是可遇而不可求的,基本上很难优化到这个 状态。

  • ref
    查询用到了非唯一性索引,或者关联操作只使用了索引的最左前缀。
    例如:使用 tcid 上的普通索引查询:


    image.png
  • range
    索引范围扫描。
    如果 where 后面是 between and 或 <或 > 或 >= 或 <=或 in 这些,type 类型就为 range。
    不走索引一定是全表扫描(ALL),所以先加上普通索引。
ALTER TABLE teacher ADD INDEX idx_tid (tid);

执行范围查询(字段上有普通索引):


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IN 查询也是 range(字段有主键索引)


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  • index
    Full Index Scan,查询全部索引中的数据(比不走索引要快)。


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  • all
    Full Table Scan,如果没有索引或者没有用到索引,type 就是 ALL。代表全表扫描。
  • NULL
    不用访问表或者索引就能得到结果,例如:
EXPLAIN select 1 from dual where 1=1;

小结: 一般来说,需要保证查询至少达到 range 级别,最好能达到 ref。 ALL(全表扫描)和 index(查询全部索引)都是需要优化的。

possible_key、key

可能用到的索引和实际用到的索引。如果是 NULL 就代表没有用到索引。 possible_key 可以有一个或者多个,可能用到索引不代表一定用到索引。 反过来,possible_key 为空,key 可能有值吗?

表上创建联合索引:

ALTER TABLE user_innodb DROP INDEX comidx_name_phone;
 ALTER TABLE user_innodb add INDEX comidx_name_phone (name,phone);

执行计划(改成 select name 也能用到索引):

explain select phone from user_innodb where phone='126';
image.png

结论:是有可能的(这里是覆盖索引的情况)。
如果通过分析发现没有用到索引,就要检查 SQL 或者创建索引。

key_len

索引的长度(使用的字节数)。跟索引字段的类型、长度有关

rows

MySQL 认为扫描多少行才能返回请求的数据,是一个预估值。一般来说行数越少越 好

filtered

这个字段表示存储引擎返回的数据在 server 层过滤后,剩下多少满足查询的记录数 量的比例,它是一个百分比

ref

使用哪个列或者常数和索引一起从表中筛选数据。

Extra

执行计划给出的额外的信息说明

  • using index
    用到了覆盖索引,不需要回表
EXPLAIN SELECT tid FROM teacher ;
  • using where
    使用了 where 过滤,表示存储引擎返回的记录并不是所有的都满足查询条件,需要 在 server 层进行过滤(跟是否使用索引没有关系)。
EXPLAIN select * from user_innodb where phone ='13866667777';
image.png
  • Using index condition(索引条件下推)
    https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/index-condition-pushdown-optimization.html
  • using filesort
    不能使用索引来排序,用到了额外的排序(跟磁盘或文件没有关系)。需要优化。 (复合索引的前提)
ALTER TABLE user_innodb DROP INDEX comidx_name_phone;
 ALTER TABLE user_innodb add INDEX comidx_name_phone (name,phone);
EXPLAIN select * from user_innodb where name ='青山' order by id;
image.png
  • using temporary
    用到了临时表。例如(以下不是全部的情况):
    1、distinct 非索引列
EXPLAIN select DISTINCT(tid) from teacher t

2、group by 非索引列

EXPLAIN select tname from teacher group by tname;

3、使用 join 的时候,group 任意列

EXPLAIN select t.tid from teacher t join course c on t.tid = c.tid group by t.tid;

总结一下: 模拟优化器执行 SQL 查询语句的过程,来知道 MySQL 是怎么处理一条 SQL 语句的。 通过这种方式我们可以分析语句或者表的性能瓶颈。 分析出问题之后,就是对 SQL 语句的具体优化。

SQL 与索引优化

当我们的 SQL 语句比较复杂,有多个关联和子查询的时候,就要分析 SQL 语句有没 有改写的方法。 举个简单的例子,一模一样的数据:

-- 大偏移量的 limit 
select * from user_innodb limit 900000,10; 
-- 改成先过滤 ID,再 limit
SELECT * FROM user_innodb WHERE id >= 900000 LIMIT 10;

对于具体的 SQL 语句的优化,MySQL 官网也提供了很多建议,这个是我们在分析 具体的 SQL 语句的时候需要注意的
https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/optimization.html

——学自咕泡学院

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