SQL数据库查询group by优化策略
日常开发中，我们经常会使用到group by。亲爱的小伙伴，你是否知道group by的工作原理呢？group by和having有什么区别呢？group by的优化思路是怎样的呢？使用group by有哪些需要注意的问题呢？本文将跟大家一起来学习，攻克group by~
使用group by的简单例子
group by 工作原理
group by + where 和 having的区别
group by 优化思路
group by 使用注意点
一个生产慢SQL如何优化
- 使用group by的简单例子
group by一般用于分组统计，它表达的逻辑就是根据一定的规则，进行分组。我们先从一个简单的例子，一起来复习一下哈。
假设用一张员工表，表结构如下：
CREATE TABLE staff (
id bigint(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT ‘主键id’,
id_card varchar(20) NOT NULL COMMENT ‘身份证号码’,
name varchar(64) NOT NULL COMMENT ‘姓名’,
age int(4) NOT NULL COMMENT ‘年龄’,
city varchar(64) NOT NULL COMMENT ‘城市’,
PRIMARY KEY (id)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=15 DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT=‘员工表’;
表存量的数据如下：
eb097ff0321f196a3a4fa436efa6e87e.png
我们现在有这么一个需求：统计每个城市的员工数量。对应的 SQL 语句就可以这么写：
select city ,count(*) as num from staff group by city;
执行结果如下：
这条SQL语句的逻辑很清楚啦，但是它的底层执行流程是怎样的呢？
- group by 原理分析
2.1 explain 分析
我们先用explain查看一下执行计划
explain select city ,count(*) as num from staff group by city;
Extra 这个字段的Using temporary表示在执行分组的时候使用了临时表
Extra 这个字段的Using filesort表示使用了排序
group by 怎么就使用到临时表和排序了呢？我们来看下这个SQL的执行流程
2.2 group by 的简单执行流程
explain select city ,count(*) as num from staff group by city;
我们一起来看下这个SQL的执行流程哈
创建内存临时表，表里有两个字段city和num；
全表扫描staff的记录，依次取出city = 'X’的记录。
判断临时表中是否有为 city='X’的行，没有就插入一个记录 (X,1);
如果临时表中有city='X’的行的行，就将x 这一行的num值加 1；
遍历完成后，再根据字段city做排序，得到结果集返回给客户端。
这个流程的执行图如下：
临时表的排序是怎样的呢？
就是把需要排序的字段，放到sort buffer，排完就返回。在这里注意一点哈，排序分全字段排序和rowid排序
如果是全字段排序，需要查询返回的字段，都放入sort buffer，根据排序字段排完，直接返回
如果是rowid排序，只是需要排序的字段放入sort buffer，然后多一次回表操作，再返回。
怎么确定走的是全字段排序还是rowid 排序排序呢？由一个数据库参数控制的，max_length_for_sort_data
- where 和 having的区别
group by + where 的执行流程
group by + having 的执行流程
同时有where、group by 、having的执行顺序
3.1 group by + where 的执行流程
有些小伙伴觉得上一小节的SQL太简单啦，如果加了where条件之后，并且where条件列加了索引呢，执行流程是怎样？
好的，我们给它加个条件，并且加个idx_age的索引，如下：
select city ,count(*) as num from staff where age> 30 group by city;
//加索引
alter table staff add index idx_age (age);
再来expain分析一下：
explain select city ,count(*) as num from staff where age> 30 group by city;
从explain 执行计划结果，可以发现查询条件命中了idx_age的索引，并且使用了临时表和排序
Using index condition:表示索引下推优化，根据索引尽可能的过滤数据,然后再返回给服务器层根据where其他条件进行过滤。这里单个索引为什么会出现索引下推呢？explain出现并不代表一定是使用了索引下推，只是代表可以使用，但是不一定用了。大家如果有想法或者有疑问，可以加我微信讨论哈。
执行流程如下：
创建内存临时表，表里有两个字段city和num；
扫描索引树idx_age，找到大于年龄大于30的主键ID
通过主键ID，回表找到city = ‘X’
判断临时表中是否有为 city='X’的行，没有就插入一个记录 (X,1);
如果临时表中有city='X’的行的行，就将x 这一行的num值加 1；
继续重复2,3步骤，找到所有满足条件的数据，
最后根据字段city做排序，得到结果集返回给客户端。
3.2 group by + having 的执行
如果你要查询每个城市的员工数量，获取到员工数量不低于3的城市，having可以很好解决你的问题，SQL酱紫写：
select city ,count(*) as num from staff group by city having num >= 3;
查询结果如下：
0a1d54920b63942ee5b20566c2c5ad46.pnghaving称为分组过滤条件，它对返回的结果集操作。
3.3 同时有where、group by 、having的执行顺序
如果一个SQL同时含有where、group by、having子句，执行顺序是怎样的呢。
比如这个SQL：
select city ,count(*) as num from staff where age> 19 group by city having num >= 3;
执行where子句查找符合年龄大于19的员工数据
group by子句对员工数据，根据城市分组。
对group by子句形成的城市组，运行聚集函数计算每一组的员工数量值；
最后用having子句选出员工数量大于等于3的城市组。
3.4 where + having 区别总结
having子句用于分组后筛选，where子句用于行条件筛选
having一般都是配合group by 和聚合函数一起出现如(count(),sum(),avg(),max(),min())
where条件子句中不能使用聚集函数，而having子句就可以。
having只能用在group by之后，where执行在group by之前
- 使用 group by 注意的问题
使用group by 主要有这几点需要注意：
group by一定要配合聚合函数一起使用嘛？
group by的字段一定要出现在select中嘛
group by导致的慢SQL问题
4.1 group by一定要配合聚合函数使用嘛？
group by 就是分组统计的意思，一般情况都是配合聚合函数如（count(),sum(),avg(),max(),min())一起使用。
count() 数量
sum() 总和
avg() 平均
max() 最大值
min() 最小值
如果没有配合聚合函数使用可以吗？
我用的是Mysql 5.7 ，是可以的。不会报错，并且返回的是，分组的第一行数据。
比如这个SQL：
select city,id_card,age from staff group by city;
查询结果是
大家对比看下，返回的就是每个分组的第一条数据4
当然，平时大家使用的时候，group by还是配合聚合函数使用的，除非一些特殊场景，比如你想去重，当然去重用distinct也是可以的。
4.2 group by 后面跟的字段一定要出现在select中嘛。
不一定，比如以下SQL：
select max(age) from staff group by city;
执行结果如下：
分组字段city不在select 后面，并不会报错。当然，这个可能跟不同的数据库，不同的版本有关吧。大家使用的时候，可以先验证一下就好。有一句话叫做，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。
4.3 group by导致的慢SQL问题
到了最重要的一个注意问题啦，group by使用不当，很容易就会产生慢SQL 问题。因为它既用到临时表，又默认用到排序。有时候还可能用到磁盘临时表。
如果执行过程中，会发现内存临时表大小到达了上限（控制这个上限的参数就是tmp_table_size），会把内存临时表转成磁盘临时表。
如果数据量很大，很可能这个查询需要的磁盘临时表，就会占用大量的磁盘空间。
这些都是导致慢SQL的x因素，我们一起来探讨优化方案哈。
- group by的一些优化方案
从哪些方向去优化呢？
方向1：既然它默认会排序，我们不给它排是不是就行啦。
方向2：既然临时表是影响group by性能的X因素，我们是不是可以不用临时表？
我们一起来想下，执行group by语句为什么需要临时表呢？group by的语义逻辑，就是统计不同的值出现的个数。如果这个这些值一开始就是有序的，我们是不是直接往下扫描统计就好了，就不用临时表来记录并统计结果啦?
group by 后面的字段加索引
order by null 不用排序
尽量只使用内存临时表
使用SQL_BIG_RESULT
5.1 group by 后面的字段加索引
如何保证group by后面的字段数值一开始就是有序的呢？当然就是加索引啦。
我们回到一下这个SQL
select city ,count(*) as num from staff where age= 19 group by city;
它的执行计划
0c5b8951d8052682a9c96a70c2472d51.png
如果我们给它加个联合索引idx_age_city（age,city）
alter table staff add index idx_age_city(age,city);
再去看执行计划，发现既不用排序，也不需要临时表啦。
加合适的索引是优化group by最简单有效的优化方式。
5.2 order by null 不用排序
并不是所有场景都适合加索引的，如果碰上不适合创建索引的场景，我们如何优化呢？
如果你的需求并不需要对结果集进行排序，可以使用order by null。
select city ,count(*) as num from staff group by city order by null
执行计划如下，已经没有filesort啦
5.3 尽量只使用内存临时表
如果group by需要统计的数据不多，我们可以尽量只使用内存临时表；因为如果group by 的过程因为内存临时表放不下数据，从而用到磁盘临时表的话，是比较耗时的。因此可以适当调大tmp_table_size参数，来避免用到磁盘临时表。
5.4 使用SQL_BIG_RESULT优化
如果数据量实在太大怎么办呢？总不能无限调大tmp_table_size吧？但也不能眼睁睁看着数据先放到内存临时表，随着数据插入发现到达上限，再转成磁盘临时表吧？这样就有点不智能啦。
因此，如果预估数据量比较大，我们使用SQL_BIG_RESULT 这个提示直接用磁盘临时表。MySQl优化器发现，磁盘临时表是B+树存储，存储效率不如数组来得高。因此会直接用数组来存
示例SQl如下：
select SQL_BIG_RESULT city ,count(*) as num from staff group by city;
执行流程如下：
初始化 sort_buffer，放入city字段；
扫描表staff，依次取出city的值,存入 sort_buffer 中；
扫描完成后，对 sort_buffer的city字段做排序
排序完成后，就得到了一个有序数组。
根据有序数组，统计每个值出现的次数。
- 一个生产慢SQL如何优化
最近遇到个生产慢SQL，跟group by相关的，给大家看下怎么优化哈。
表结构如下：
CREATE TABLE staff (
id bigint(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT ‘主键id’,
id_card varchar(20) NOT NULL COMMENT ‘身份证号码’,
name varchar(64) NOT NULL COMMENT ‘姓名’,
status varchar(64) NOT NULL COMMENT ‘Y-已激活 I-初始化 D-已删除 R-审核中’,
age int(4) NOT NULL COMMENT ‘年龄’,
city varchar(64) NOT NULL COMMENT ‘城市’,
enterprise_no varchar(64) NOT NULL COMMENT ‘企业号’,
legal_cert_no varchar(64) NOT NULL COMMENT ‘法人号码’,
PRIMARY KEY (id)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=15 DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT=‘员工表’;
查询的SQL是这样的：
select * from t1 where status = #{status} group by #{legal_cert_no}
我们先不去探讨这个SQL的=是否合理。如果就是这么个SQL，你会怎么优化呢？有想法的小伙伴可以留言讨论哈，也可以加我微信加群探讨。如果你觉得文章那里写得不对，也可以提出来哈，一起进步，加油呀