Mysql优化系列之索引优化

前言

在开发中，一般系统的查询会比添加、修改多很多倍，还有一些需要复杂的查询，多表关联查询等，有些查询语句在优化前和优化后的查询速度会快十几倍，几百倍，甚至几千倍，所以对mysql语句的优化就显得很重要了，那么下面来介绍一下 Explain 工具

Explain工具介绍

使用explain关键字可以模拟优化器执行SQL语句，分析你的查询语句或是结构的性能瓶颈 在select语句之前增加 explain关键字，MySQL会在查询上设置一个标记，执行查询会返回执行计划的信息，而不是执行这条SQL。
注意:如果 from 中包含子查询，仍会执行该子查询，将结果放入临时表中

本文中MySQL示例版本为MySQL8.0，某些地方可能会与MySQL5.7稍有差异

Explain工具示例

建表语句如下：

-- 用户表
CREATE TABLE `t_user` (
  `id` int(4) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `user_name` varchar(20) NOT NULL,
  `age` int(3) NOT NULL,
  `depart_name` varchar(20) NOT NULL,
  `create_time` datetime NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_userName` (`user_name`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

-- 用户信息表
CREATE TABLE `t_user_detail` (
  `id` int(4) NOT NULL,
  `user_id` int(4) NOT NULL,
  `mobile` varchar(11) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NOT NULL,
  `address` varchar(50) CHARACTER SET utf8mb4 COLLATE utf8mb4_0900_ai_ci NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8

使用Explain查看MySQL执行计划，

explain
select * from t_user where user_name='zhangsan'

结果：

Explain执行计划结果

explain
select * from t_user u
join t_user_detail d on d.user_id = u.id

Explain执行计划结果

从上面的两个示例中可以看出：在查询中的每个表会输出一行，如果有两个表通过 join 连接查询，那么会输出两行。

Explain各列含义

上面示例中，explain执行结果包含：id,select_type,table,partitions,type,possible_keys,key,key_len,ref,rows,filtered,Extra，那么他们都有什么含义呢？下面我们来一一介绍。

id列

explain select * from t_user where user_name='zhangsan';

示例

id列的编号是select的序号列，有几个select就有几个id，并且id的顺序是根据select出现的顺序增长的。id列的值越大，执行优先级越高，id相同则从上往下顺序执行，id为null则最后执行。

select_type列

select_type列表示对应的行是简单查询还是复杂查询。主要有：simple,primary,subquery,derived,union

• simple
  简单查询。查询不包含子查询和union

explain select * from t_user where user_name='zhangsan';

simple示例

• primary
  复杂查询中最外层的 select

EXPLAIN select u.id from t_user u union select d.user_id from t_user_detail d;

parimary示例

• subquery

EXPLAIN select u.id,u.user_name,(select id from t_user_detail limit 1 ) as type from t_user u;

包含在 select 中的子查询(不在 from 子句中)

subquery示例

• derived
  包含在 from 子句中的子查询。MySQL会将结果存放在一个临时表中，也称为派生表(derived的英文含义)，为了演示derived，需要把MySQL对衍生表的合并优化关闭。记得在测试完后关闭它。

set session optimizer_switch='derived_merge=off';
EXPLAIN
select u.id,u.user_name,(select id from t_user_detail limit 1 ) as type from (select * from t_user) u;

derived示例

• union
  在 union 中的第二个和随后的 select

EXPLAIN select u.id from t_user u union select d.user_id from t_user_detail d;

union示例

• ......

table列

这一列表示 explain 的一行正在访问哪个表。
当 from 子句中有子查询时，table列是 格式，表示当前查询依赖 id=N 的查 询，于是先执行 id=N 的查询。
当有 union 时，UNION RESULT 的 table 列的值为，1和2表示参与 union 的 select 行id。

table示例

type列（重要）

这一列表示关联类型或访问类型，即MySQL决定如何查找表中的行，查找数据行记录的大概范围。
依次从最优到最差分别为：system > const > eq_ref > ref > range > index > ALL
一般来说，得保证查询达到range级别，最好达到ref

• NULL：mysql能够在优化阶段分解查询语句，在执行阶段用不着再访问表或索引。例如:在索引列中选取最小值，可以单独查找索引来完成，不需要在执行时访问表。

explain select min(id) from t_user;

示例

• system\const
  mysql能对查询的某部分进行优化并将其转化成一个常量(可以看show warnings的结果)。用于主键索引或唯一索引的所有列与常数比较时，所以表最多有一个匹配行，读取1次，速度比较快。system是const的特例，表里只有一条元组匹配时为system
  注意：这里需要关闭mysql自动优化功能

EXPLAIN SELECT * FROM (SELECT * FROM t_user WHERE id = 1) r

示例

• eq_ref
  主键索引或唯一索引的所有部分被连接使用，最多只会返回一条符合条件的记录。这可能是在const之外最好的联接类型了，简单的select查询不会出现这种type。

explain
select * from t_user u join t_user_detail d on d.user_id = u.id

示例

• ref
  相比 eq_ref，不使用唯一索引，而是使用普通索引或者唯一性索引的部分前缀，索引要 和某个值相比较，可能会找到多个符合条件的行。

explain select * from t_user where user_name='zhangsan';

简单查询，user_name是普通索引

• range
  围扫描通常出现在 in(), between ,> ,<, >= 等操作中。使用一个索引来检索给定范围的行。

explain select * from t_user u where u.id >2

示例

• index
  扫描全表索引，这通常比ALL快一些。

explain select u.id,u.user_name from t_user u

示例

• ALL
  即全表扫描，意味着mysql需要从头到尾去查找所需要的行。通常情况下这需要增加索引来进行优化了

explain select * from t_user u

示例

possible_keys列

这一列显示查询可能使用哪些索引来查找。
explain时可能出现possible_keys有列，而key显示NULL的情况，这种情况是因为表中数据不多，mysql认为索引对此查询帮助不大，选择了全表查询。
如果该列是NULL，则没有相关的索引。在这种情况下，可以通过检查where子句看是否可以创造一个适当的索引来提高查询性能，然后用explain查看效果。

key列

这一列显示mysql实际采用哪个索引来优化对该表的访问。
如果没有使用索引，则该列是NULL。如果想强制mysql使用或忽视possible_keys列中的索引，在查询中使用 force index(强制使用某个索引)、ignore index（强制忽略某个索引）。

##强制忽略idx_userName索引
select * from t_user ignore index(idx_userName) where user_name='zhangsan';
##强制使用idx_userName索引
select * from t_user force index(idx_userName) where user_name='zhangsan';

key_len列

这一列显示了mysql在索引里使用的字节数，通过这个值可以算出具体使用了索引中的哪些列。比如：t_user表使用age(int)和depart_name(varchar)作为联合索引，mysql中int是4个字节，可以通过key_len=4来推断使用了age来执行索引。

explain select * from t_user u where u.age=18

示例

如果使用age 和depart_name同时条件搜索，则key_len=64

explain select * from t_user u where u.age=18 and u.depart_name='hr'

示例

key_len计算规则如下：

• 字符串
  1. char(n)：n字节长度
  2. varchar(n)：2字节存取字符串长度，如果是utf-8，则长度为3n+2
• 数值类型
  1. tinyint：1字节
  2. smallint: 2字节
  3. int: 4字节
  4. bigint：8字节
• 时间类型
  1. date：3字节
  2. timestamp：4字节
  3. datetime：8字节
• 如果字段允许为null，则另需要1字节记录是否为null。

索引最大长度是768字节，当字符串过长时，mysql会做一个类似左前缀索引的处理，将前半 部分的字符提取出来做索引。

ref列

这一列显示了在key列记录的索引中，表查找值所用到的列或常量，常见的有:const(常量)，字段名

explain select * from t_user u where u.age=18

示例

explain
select * from t_user u join t_user_detail d on d.user_id = u.id

示例

rows列

这一列是mysql估计要读取并检测的行数，注意：这个不是结果集里的行数。

explain select * from t_user u where u.age=18

示例

Extra列

这一列展示的是额外信息。常见的重要值有: Using index，Using where，Using index condition，Using temporary，Using filesort，Select tables optimized away

• Using index：查询的列使用覆盖索引

EXPLAIN select u.id from t_user u where u.id = 1

示例

• Using where：使用 where 语句来处理结果，查询的列未被索引覆盖

explain select * from t_user u where u.id >2;

示例

• Using index condition：查询的列不完全被索引覆盖，where条件中是一个前导列的范围
• Using temporary：mysql需要创建一张临时表来处理查询。出现这种情况一般是要进行 优化的，首先是想到用索引来优化。
• Using filesort：将用外部排序而不是索引排序，数据较小时从内存排序，否则需要在磁盘完成排序。这种情况下一般也是要考虑使用索引来优化的。
• Select tables optimized away：使用某些聚合函数(比如 max、min)来访问存在索引的某个字段时

索引使用规则

• 全值匹配，最好查询条件能全部用上索引列。
• 最左前缀法则：如果索引了多列，要遵守最左前缀法则。指的是查询从索引的最左前列开始并且不跳过索引中的列。例如使用了a,b,c三列组合索引，where条件中只有a，则可以走索引，但效率没有a,b,c一块使用高。另外，mysql会在sql语句执行前，优化sql语句，所以，a,c,b组合会被mysql优化为a,b,c，一样走索引。
• 不在索引列上做任何操作(计算、函数、(自动or手动)类型转换)，否则会导致索引失效而转向全表扫描，如果必须使用函数，则需要给该列创建索引
• 存储引擎不能使用索引中范围条件右边的列，例如：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= 'LiLei' AND age = 22 AND position ='manager';会全部命中索引，EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= 'LiLei' AND age > 22 AND position ='manager'; 则会命中name,age索引，position不会使用索引。
• 尽量使用覆盖索引(只访问索引的查询(索引列包含查询列))，减少select * 语句
• mysql在使用不等于(!=或者<>)的时候无法使用索引会导致全表扫描，可以用between...and...替换
• is null,is not null 也无法使用索引
• like以通配符开头('$abc...')mysql索引失效会变成全表扫描操作
• 字符串不加单引号索引失效
• 少用or或in，用它查询时，mysql不一定使用索引，mysql内部优化器会根据检索比例、 表大小等多个因素整体评估是否使用索引

最后，奉上索引使用总结：

索引使用总结

like kk%相当于=常量，%kk和%kk% 相当于范围