【MySQL进阶教程】SQL优化

前言

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本文为 【MySQL进阶教程】SQL优化 相关知识,下边将对主键优化order by优化group by优化limit优化count优化update优化等进行详尽介绍~

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目录

【MySQL进阶教程】SQL优化

  • 前言
  • 目录
  • 一、插入数据
    • 1️⃣insert
    • 2️⃣大批量插入数据
  • 二、主键优化
    • 1️⃣数据组织方式
    • 2️⃣页分裂
    • 3️⃣页合并
    • 4️⃣索引设计原则
  • 三、order by优化
  • 四、group by优化
  • 五、limit优化
  • 六、count优化
    • 1️⃣概述
    • 2️⃣count用法
  • 七、update优化
  • 后记

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一、插入数据

1️⃣insert

如果我们需要一次性往数据库表中插入多条记录,可以从以下三个方面进行优化。

insert into tb_test values(1,'tom');
insert into tb_test values(2,'cat');
insert into tb_test values(3,'jerry');
.....

(1)优化方案一

批量插入数据

Insert into tb_test values(1,'Tom'),(2,'Cat'),(3,'Jerry');

(2)优化方案二

手动控制事务

start transaction;
insert into tb_test values(1,'Tom'),(2,'Cat'),(3,'Jerry');
insert into tb_test values(4,'Tom'),(5,'Cat'),(6,'Jerry');
insert into tb_test values(7,'Tom'),(8,'Cat'),(9,'Jerry');
commit;

(3)优化方案三

主键顺序插入,性能要高于乱序插入。

主键乱序插入 : 8 1 9 21 88 2 4 15 89 5 7 3
主键顺序插入 : 1 2 3 4 5 7 8 9 15 21 88 89

2️⃣大批量插入数据

如果一次性需要插入大批量数据(比如: 几百万的记录),使用insert语句插入性能较低,此时可以使用MySQL数据库提供的load指令进行插入。操作如下:

【MySQL进阶教程】SQL优化_第1张图片

可以执行如下指令,将数据脚本文件中的数据加载到表结构中:

-- 客户端连接服务端时,加上参数 -–local-infile
mysql –-local-infile -u root -p
-- 设置全局参数local_infile为1,开启从本地加载文件导入数据的开关
set global local_infile = 1;
-- 执行load指令将准备好的数据,加载到表结构中
load data local infile '/root/sql1.log' into table tb_user fields
terminated by ',' lines terminated by '\n' ;

主键顺序插入性能高于乱序插入

示例演示:

A. 创建表结构

CREATE TABLE `tb_user` (
  `id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `username` VARCHAR(50) NOT NULL,
  `password` VARCHAR(50) NOT NULL,
  `name` VARCHAR(20) NOT NULL,
  `birthday` DATE DEFAULT NULL,
  `sex` CHAR(1) DEFAULT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
UNIQUE KEY `unique_user_username` (`username`)
) ENGINE=INNODB DEFAULT CHARSET=utf8 ;

B. 设置参数

-- 客户端连接服务端时,加上参数 -–local-infile
mysql –-local-infile -u root -p
-- 设置全局参数local_infile为1,开启从本地加载文件导入数据的开关
set global local_infile = 1;

C. load加载数据

load data local infile '/root/load_user_100w_sort.sql' into table tb_user fields terminated by ',' lines terminated by '\n' ;

【MySQL进阶教程】SQL优化_第2张图片

我们看到,插入100w的记录,17s就完成了,性能很好。

在load时,主键顺序插入性能高于乱序插入

二、主键优化

在上一小节,我们提到,主键顺序插入的性能是要高于乱序插入的。 这一小节,就来介绍一下具体的原因,然后再分析一下主键又该如何设计。

1️⃣数据组织方式

在InnoDB存储引擎中,表数据都是根据主键顺序组织存放的,这种存储方式的表称为索引组织表(index organized table IOT)。

【MySQL进阶教程】SQL优化_第3张图片

行数据,都是存储在聚集索引的叶子节点上的。而我们之前也讲解过InnoDB的逻辑结构图:

【MySQL进阶教程】SQL优化_第4张图片

在InnoDB引擎中,数据行是记录在逻辑结构 page 页中的,而每一个页的大小是固定的,默认16K。

那也就意味着, 一个页中所存储的行也是有限的,如果插入的数据行row在该页存储不小,将会存储到下一个页中,页与页之间会通过指针连接。

2️⃣页分裂

页可以为空,也可以填充一半,也可以填充100%。每个页包含了2-N行数据(如果一行数据过大,会行溢出),根据主键排列。

A. 主键顺序插入效果

①. 从磁盘中申请页, 主键顺序插入

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②. 第一个页没有满,继续往第一页插入

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③. 当第一个也写满之后,再写入第二个页,页与页之间会通过指针连接

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④. 当第二页写满了,再往第三页写入

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B. 主键乱序插入效果

①. 加入1#,2#页都已经写满了,存放了如图所示的数据

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②. 此时再插入id为50的记录,我们来看看会发生什么现象

会再次开启一个页,写入新的页中吗?

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不会。因为,索引结构的叶子节点是有顺序的。按照顺序,应该存储在47之后。

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但是47所在的1#页,已经写满了,存储不了50对应的数据了。 那么此时会开辟一个新的页 3#。

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但是并不会直接将50存入3#页,而是会将1#页后一半的数据,移动到3#页,然后在3#页,插入50。

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移动数据,并插入id为50的数据之后,那么此时,这三个页之间的数据顺序是有问题的。 1#的下一个页,应该是3#, 3#的下一个页是2#。 所以,此时,需要重新设置链表指针。

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上述的这种现象,称之为 “页分裂”,是比较耗费性能的操作。

3️⃣页合并

目前表中已有数据的索引结构(叶子节点)如下:

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当我们对已有数据进行删除时,具体的效果如下:

当删除一行记录时,实际上记录并没有被物理删除,只是记录被标记(flaged)为删除并且它的空间变得允许被其他记录声明使用。

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当我们继续删除2#的数据记录

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当页中删除的记录达到 MERGE_THRESHOLD(默认为页的50%),InnoDB会开始寻找最靠近的页(前或后)看看是否可以将两个页合并以优化空间使用。

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删除数据,并将页合并之后,再次插入新的数据21,则直接插入3#页

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这个里面所发生的合并页的这个现象,就称之为 “页合并”。

知识小贴士: MERGE_THRESHOLD:合并页的阈值,可以自己设置,在创建表或者创建索引时指定。

4️⃣索引设计原则

  • 满足业务需求的情况下,尽量降低主键的长度。
  • 插入数据时,尽量选择顺序插入,选择使用AUTO_INCREMENT自增主键。
  • 尽量不要使用UUID做主键或者是其他自然主键,如身份证号。
  • 业务操作时,避免对主键的修改。

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三、order by优化

MySQL的排序,有两种方式:

Using filesort : 通过表的索引或全表扫描,读取满足条件的数据行,然后在排序缓冲区sortbuffer中完成排序操作,所有不是通过索引直接返回排序结果的排序都叫 FileSort 排序。

Using index : 通过有序索引顺序扫描直接返回有序数据,这种情况即为 using index,不需要额外排序,操作效率高。

对于以上的两种排序方式,Using index的性能高,而Using filesort的性能低,我们在优化排序操作时,尽量要优化为 Using index。

接下来,我们来做一个测试:

A. 数据准备

把之前测试时,为tb_user表所建立的部分索引直接删除掉

drop index idx_user_phone on tb_user;
drop index idx_user_phone_name on tb_user;
drop index idx_user_name on tb_user;

【MySQL进阶教程】SQL优化_第14张图片

B. 执行排序SQL

explain select id,age,phone from tb_user order by age ;

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explain select id,age,phone from tb_user order by age, phone ;

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由于 age, phone 都没有索引,所以此时再排序时,出现Using filesort, 排序性能较低。

C. 创建索引

-- 创建索引
create index idx_user_age_phone_aa on tb_user(age,phone);

D. 创建索引后,根据age, phone进行升序排序

explain select id,age,phone from tb_user order by age;

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explain select id,age,phone from tb_user order by age , phone;

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建立索引之后,再次进行排序查询,就由原来的Using filesort, 变为了 Using index,性能就是比较高的了。

E. 创建索引后,根据age, phone进行降序排序

explain select id,age,phone from tb_user order by age desc , phone desc ;

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也出现 Using index, 但是此时Extra中出现了 Backward index scan,这个代表反向扫描索引,因为在MySQL中我们创建的索引,默认索引的叶子节点是从小到大排序的,而此时我们查询排序时,是从大到小,所以,在扫描时,就是反向扫描,就会出现 Backward index scan。 在MySQL8版本中,支持降序索引,我们也可以创建降序索引。

F. 根据phone,age进行升序排序,phone在前,age在后。

explain select id,age,phone from tb_user order by phone , age;

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排序时,也需要满足最左前缀法则,否则也会出现 filesort。因为在创建索引的时候, age是第一个字段,phone是第二个字段,所以排序时,也就该按照这个顺序来,否则就会出现 Using filesort。

F. 根据age, phone进行降序一个升序,一个降序

explain select id,age,phone from tb_user order by age asc , phone desc ;

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因为创建索引时,如果未指定顺序,默认都是按照升序排序的,而查询时,一个升序,一个降序,此时就会出现Using filesort。

【MySQL进阶教程】SQL优化_第15张图片

为了解决上述的问题,我们可以创建一个索引,这个联合索引中 age 升序排序,phone 倒序排序。

G. 创建联合索引(age 升序排序,phone 倒序排序)

create index idx_user_age_phone_ad on tb_user(age asc ,phone desc);

【MySQL进阶教程】SQL优化_第16张图片

H. 然后再次执行如下SQL

explain select id,age,phone from tb_user order by age asc , phone desc ;

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升序/降序联合索引结构图示:

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由上述的测试,我们得出order by优化原则:

  • A. 根据排序字段建立合适的索引,多字段排序时,也遵循最左前缀法则。
  • B. 尽量使用覆盖索引。
  • C. 多字段排序, 一个升序一个降序,此时需要注意联合索引在创建时的规则(ASC/DESC)。
  • D. 如果不可避免的出现filesort,大数据量排序时,可以适当增大排序缓冲区大小sort_buffer_size(默认256k)。

四、group by优化

分组操作,我们主要来看看索引对于分组操作的影响。

首先我们先将 tb_user 表的索引全部删除掉 。

drop index idx_user_pro_age_sta on tb_user;
drop index idx_email_5 on tb_user;
drop index idx_user_age_phone_aa on tb_user;
drop index idx_user_age_phone_ad on tb_user;

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接下来,在没有索引的情况下,执行如下SQL,查询执行计划:

explain select profession , count(*) from tb_user group by profession ;

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然后,我们在针对于 profession , age, status 创建一个联合索引。

create index idx_user_pro_age_sta on tb_user(profession , age , status);

紧接着,再执行前面相同的SQL查看执行计划。

explain select profession , count(*) from tb_user group by profession ;

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再执行如下的分组查询SQL,查看执行计划:

在这里插入图片描述

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我们发现,如果仅仅根据age分组,就会出现 Using temporary ;而如果是 根据profession,age两个字段同时分组,则不会出现 Using temporary。原因是因为对于分组操作,在联合索引中,也是符合最左前缀法则的。

所以,在分组操作中,我们需要通过以下两点进行优化,以提升性能:

  • A. 在分组操作时,可以通过索引来提高效率。
  • B. 分组操作时,索引的使用也是满足最左前缀法则的。

五、limit优化

在数据量比较大时,如果进行limit分页查询,在查询时,越往后,分页查询效率越低。

我们一起来看看执行limit分页查询耗时对比:

在这里插入图片描述

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通过测试我们会看到,越往后,分页查询效率越低,这就是分页查询的问题所在。

因为,当在进行分页查询时,如果执行 limit 2000000,10 ,此时需要MySQL排序前2000010 记录,仅仅返回 2000000 - 2000010 的记录,其他记录丢弃,查询排序的代价非常大 。

优化思路: 一般分页查询时,通过创建 覆盖索引 能够比较好地提高性能,可以通过覆盖索引加子查询形式进行优化。

explain select * from tb_sku t , (select id from tb_sku order by id limit 2000000,10) a where t.id = a.id;

六、count优化

1️⃣概述

select count(*) from tb_user ;

在之前的测试中,我们发现,如果数据量很大,在执行count操作时,是非常耗时的。

  • MyISAM 引擎把一个表的总行数存在了磁盘上,因此执行 count(*) 的时候会直接返回这个数,效率很高;但是如果是带条件的count,MyISAM也慢。
  • InnoDB 引擎就麻烦了,它执行 count(*) 的时候,需要把数据一行一行地从引擎里面读出来,然后累积计数。

如果说要大幅度提升InnoDB表的count效率,主要的优化思路:自己计数(可以借助于redis这样的数据库进行,但是如果是带条件的count又比较麻烦了)。

2️⃣count用法

count() 是一个聚合函数,对于返回的结果集,一行行地判断,如果 count 函数的参数不是NULL,累计值就加 1,否则不加,最后返回累计值。

用法:count(*)、count(主键)、count(字段)、count(数字)

count用法 含义
count(主键) InnoDB 引擎会遍历整张表,把每一行的 主键id 值都取出来,返回给服务层。服务层拿到主键后,直接按行进行累加(主键不可能为null)
count(字段) 没有not null 约束 : InnoDB 引擎会遍历整张表把每一行的字段值都取出来,返回给服务层,服务层判断是否为null,不为null,计数累加。有not null 约束:InnoDB 引擎会遍历整张表把每一行的字段值都取出来,返回给服务层,直接按行进行累加。
count(数字) InnoDB 引擎遍历整张表,但不取值。服务层对于返回的每一行,放一个数字“1”进去,直接按行进行累加。
count(*) InnoDB引擎并不会把全部字段取出来,而是专门做了优化,不取值,服务层直接按行进行累加。

按照效率排序的话,count(字段) < count(主键 id) < count(1) ≈ count(),所以尽量使用 count()。

七、update优化

我们主要需要注意一下update语句执行时的注意事项。

update course set name = 'javaEE' where id = 1 ;

当我们在执行删除的SQL语句时,会锁定id为1这一行的数据,然后事务提交之后,行锁释放。

但是当我们在执行如下SQL时。

update course set name = 'SpringBoot' where name = 'PHP' ;

当我们开启多个事务,在执行上述的SQL时,我们发现行锁升级为了表锁。 导致该update语句的性能大大降低。

InnoDB的行锁是针对索引加的锁,不是针对记录加的锁 ,并且该索引不能失效,否则会从行锁升级为表锁 。


后记

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