MySQL 内部临时表

UNION

UNION语义:取两个子查询结果的并集,重复的行只保留一行

表初始化

CREATE TABLE t1(id INT PRIMARY KEY, a INT, b INT, INDEX(a));
DELIMITER ;;
CREATE PROCEDURE idata()
BEGIN
    DECLARE i INT;

    SET i=1;
    WHILE (i<= 1000) DO
        INSERT INTO t1 VALUES (i,i,i);
        SET i=i+1;
    END WHILE;
END;;
DELIMITER ;
CALL idata();

执行语句

(SELECT 1000 AS f) UNION (SELECT id FROM t1 ORDER BY id DESC LIMIT 2);

mysql> EXPLAIN (SELECT 1000 AS f) UNION (SELECT id FROM t1 ORDER BY id DESC LIMIT 2);
+----+--------------+------------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
| id | select_type  | table      | partitions | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | filtered | Extra                            |
+----+--------------+------------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
|  1 | PRIMARY      | NULL       | NULL       | NULL  | NULL          | NULL    | NULL    | NULL | NULL |     NULL | No tables used                   |
|  2 | UNION        | t1         | NULL       | index | NULL          | PRIMARY | 4       | NULL |    2 |   100.00 | Backward index scan; Using index |
| NULL | UNION RESULT | <union1,2> | NULL       | ALL   | NULL          | NULL    | NULL    | NULL | NULL |     NULL | Using temporary                  |
+----+--------------+------------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
  1. 第二行的Key=PRIMARY,说明第二个子查询用到了索引id
  2. 第三行的Extra字段为Using temporary。 表示在对子查询的结果做UNION RESULT的时候,使用了临时表

union result

MySQL 内部临时表_第1张图片

  1. 创建一个内存临时表,这个内存临时表只有一个整型字段f,并且f为主键
  2. 执行第一个子查询,得到1000,并存入内存临时表中
  3. 执行第二个子查询
    1. 拿到第一行id=1000,试图插入到内存临时表,但由于1000这个值已经存在于内存临时表。违反唯一性约束,插入失败,继续执行
    2. 拿到第二行id=999,插入内存临时表成功
  4. 从内存临时表中按行取出数据,返回结果,并删除内存临时表,结果中包含id=1000和id=999两行
  5. 内存临时表起到了暂存数据的作用,还用到了内存临时表主键id的唯一性约束,实现UNION的语义

UNION ALL

UNION ALL没有去重的语义,一次执行子查询,得到的结果直接发给客户端,不需要内存临时表

mysql> EXPLAIN (SELECT 1000 AS f) UNION ALL (SELECT id FROM t1 ORDER BY id DESC LIMIT 2);
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
| id | select_type | table | partitions | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | filtered | Extra                            |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+----------+----------------------------------+
|  1 | PRIMARY     | NULL  | NULL       | NULL  | NULL          | NULL    | NULL    | NULL | NULL |     NULL | No tables used                   |
|  2 | UNION       | t1    | NULL       | index | NULL          | PRIMARY | 4       | NULL |    2 |   100.00 | Backward index scan; Using index |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+----------+----------------------------------+

GROUP BY

内存充足

-- 16777216 Bytes = 16 MB
mysql> SHOW VARIABLES like '%tmp_table_size%';
+----------------+----------+
| Variable_name  | Value    |
+----------------+----------+
| tmp_table_size | 16777216 |
+----------------+----------+

执行语句

-- MySQL 5.6上执行
mysql> EXPLAIN SELECT id%10 AS m, COUNT(*) AS c FROM t1 GROUP BY m;
+----+-------------+-------+-------+---------------+------+---------+------+------+----------------------------------------------+
| id | select_type | table | type  | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | Extra                                        |
+----+-------------+-------+-------+---------------+------+---------+------+------+----------------------------------------------+
|  1 | SIMPLE      | t1    | index | PRIMARY,a     | a    | 5       | NULL | 1000 | Using index; Using temporary; Using filesort |
+----+-------------+-------+-------+---------------+------+---------+------+------+----------------------------------------------+

mysql> SELECT id%10 AS m, COUNT(*) AS c FROM t1 GROUP BY m;
+------+-----+
| m    | c   |
+------+-----+
|    0 | 100 |
|    1 | 100 |
|    2 | 100 |
|    3 | 100 |
|    4 | 100 |
|    5 | 100 |
|    6 | 100 |
|    7 | 100 |
|    8 | 100 |
|    9 | 100 |
+------+-----+
  1. Using index:表示使用了覆盖索引,选择了索引a,不需要回表
  2. Using temporary:表示使用了临时表
  3. Using filesort:表示需要排序

执行过程

MySQL 内部临时表_第2张图片

  1. 创建内存临时表,表里有两个字段m和c,m为主键
  2. 扫描t1的索引a,依次取出叶子节点上的id值,计算id%10,记为x
    1. 如果内存临时表中没有主键为x的行,插入一行记录(x,1)
    2. 如果内存临时表中有主键为x的行,将x这一行的c值加1
  3. 遍历完成后,再根据字段m做排序,得到结果集返回给客户端

排序过程

MySQL 内部临时表_第3张图片

ORDER BY NULL

-- 跳过最后的排序阶段,直接从临时表中取回数据
mysql> EXPLAIN SELECT id%10 AS m, COUNT(*) AS c FROM t1 GROUP BY m ORDER BY NULL;
+----+-------------+-------+-------+---------------+------+---------+------+------+------------------------------+
| id | select_type | table | type  | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | Extra                        |
+----+-------------+-------+-------+---------------+------+---------+------+------+------------------------------+
|  1 | SIMPLE      | t1    | index | PRIMARY,a     | a    | 5       | NULL | 1000 | Using index; Using temporary |
+----+-------------+-------+-------+---------------+------+---------+------+------+------------------------------+

-- t1中的数据是从1开始的
mysql> SELECT id%10 AS m, COUNT(*) AS c FROM t1 GROUP BY m ORDER BY NULL;
+------+-----+
| m    | c   |
+------+-----+
|    1 | 100 |
|    2 | 100 |
|    3 | 100 |
|    4 | 100 |
|    5 | 100 |
|    6 | 100 |
|    7 | 100 |
|    8 | 100 |
|    9 | 100 |
|    0 | 100 |
+------+-----+

内存不足

SET tmp_table_size=1024;

执行语句

-- 内存临时表的上限为1024 Bytes,但内存临时表不能完全放下100行数据,内存临时表会转成磁盘临时表,默认采用InnoDB引擎
-- 如果t1很大,这个查询需要的磁盘临时表就会占用大量的磁盘空间
mysql> SELECT id%100 AS m, count(*) AS c FROM t1 GROUP BY m ORDER BY NULL LIMIT 10;
+------+----+
| m    | c  |
+------+----+
|    1 | 10 |
|    2 | 10 |
|    3 | 10 |
|    4 | 10 |
|    5 | 10 |
|    6 | 10 |
|    7 | 10 |
|    8 | 10 |
|    9 | 10 |
|   10 | 10 |
+------+----+

优化方案

优化索引

MySQL 内部临时表_第4张图片

  1. 不论使用内存临时表还是磁盘临时表,GROUP BY都需要构造一个带唯一索引的表,执行代价较高
  2. 需要临时表的原因:每一行的id%100是无序的,因此需要临时表,来记录并统计结果
  3. 如果可以确保输入的数据是有序的,那么计算GROUP BY时,只需要从左到右顺序扫描,依次累加即可
    1. 当碰到第一个1的时候,已经累积了X个0,结果集里的第一行为(0,X)
    2. 当碰到第一个2的时候,已经累积了Y个1,结果集里的第一行为(1,Y)
    3. 整个过程不需要临时表,也不需要排序
-- MySQL 5.7上执行
ALTER TABLE t1 ADD COLUMN z INT GENERATED ALWAYS AS(id % 100), ADD INDEX(z);

-- 使用了覆盖索引,不需要临时表,也不需要排序
mysql> EXPLAIN SELECT z, COUNT(*) AS c FROM t1 GROUP BY z;
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+
| id | select_type | table | partitions | type  | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | filtered | Extra       |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+
|  1 | SIMPLE      | t1    | NULL       | index | z             | z    | 5       | NULL | 1000 |   100.00 | Using index |
+----+-------------+-------+------------+-------+---------------+------+---------+------+------+----------+-------------+

直接排序

  1. 一个GROUP BY语句需要放到临时表的数据量特别大,还是按照先放在内存临时表,再退化成磁盘临时表
  2. 可以直接用磁盘临时表的形式,在GROUP BY语句中SQL_BIG_RESULT(告诉优化器涉及的数据量很大)
  3. 磁盘临时表原本采用B+树存储,存储效率还不如数组,优化器看到SQL_BIG_RESULT,会直接用数组存储。即放弃使用临时表,直接进入排序阶段

执行过程

MySQL 内部临时表_第5张图片

-- 没有再使用临时表,而是直接使用了排序算法
mysql> EXPLAIN SELECT SQL_BIG_RESULT id%100 AS m, COUNT(*) AS c FROM t1 GROUP BY m;
+----+-------------+-------+-------+---------------+------+---------+------+------+-----------------------------+
| id | select_type | table | type  | possible_keys | key  | key_len | ref  | rows | Extra                       |
+----+-------------+-------+-------+---------------+------+---------+------+------+-----------------------------+
|  1 | SIMPLE      | t1    | index | PRIMARY,a     | a    | 5       | NULL | 1000 | Using index; Using filesort |
+----+-------------+-------+-------+---------------+------+---------+------+------+-----------------------------+
  1. 初始化sort_buffer,确定放入一个整型字段,记为m
  2. 扫描t1的索引a,依次取出里面的id值,将id%100的值放入sort_buffer
  3. 扫描完成后,对sort_buffer的字段m做排序(sort_buffer内存不够时,会利用磁盘临时文件辅助排序)
  4. 排序完成后,得到一个有序数组,遍历有序数组,得到每个值出现的次数(类似上面优化索引的方式)

对比DISTINCT

-- 标准SQL,SELECT部分添加一个聚合函数COUNT(*)
SELECT a,COUNT(*) FROM t GROUP BY a ORDER BY NULL;
-- 非标准SQL
SELECT a FROM t GROUP BY a ORDER BY NULL;

SELECT DISTINCT a FROM t;
  1. 标准SQL:按照字段a分组,计算每组a出现的次数
  2. 非标准SQL:没有了COUNT(*),不再需要执行计算总数的逻辑
    1. 按照字段a分组,相同的a的值只返回一行,与DISTINCT语义一致
  3. 如果不需要执行聚合函数,DISTINCT和GROUP BY的语义、执行流程和执行性能是相同的
    1. 创建一个临时表,临时表有一个字段a,并且在这个字段a上创建一个唯一索引
    2. 遍历表t,依次取出数据插入临时表中。 如果发现唯一键冲突,就跳过。否则插入成功
    3. 遍历完成后,将临时表作为结果集返回给客户端

小结

  1. 用到内部临时表的场景
    1. 如果语句执行过程中可以一边读数据,一边得到结果,是不需要额外内存的
    2. 否则需要额外内存来保存中间结果
  2. join_buffer是无序数组,sort_buffer是有序数组,临时表是二维表结构
  3. 如果执行逻辑需要用到二维表特性,就会优先考虑使用临时表
  4. 如果对GROUP BY语句的结果没有明确的排序要求,加上ORDER BY NULL(MySQL 5.6)
  5. 尽量让GROUP BY过程用上索引,确认EXPLAIN结果没有Using temporary和Using filesort
  6. 如果GROUP BY需要统计的数据量不大,尽量使用内存临时表(可以适当调大tmp_table_size)
  7. 如果数据量实在太大,使用SQL_BIG_RESULT来告诉优化器直接使用排序算法(跳过临时表)

PS:参考资料 《MySQL实战45讲》

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