文章分类:数据库
今天,数据库的操作越来越成为整个应用的性能瓶颈了,这点对于 Web 应用尤其明显。
关于数据库的性能,这并不只是 DBA 才需要担心的事,而这更是程序员需要去关注的事情。
当去设计数据库表结构,对操作数据库时(尤其是查表时的 SQL 语句),都需要注意数据操作的性能。这里,不会讲过多的 SQL 语句的优化,而只是针对 MySQL 这一 Web 应用最多的数据库。
希望下面的这些优化技巧有用。
大多数的 MySQL 服务器都开启了查询缓存。这是提高性最有效的方法之一,而且这是被 MySQL 的数据库引擎处理的。当有很多相同的查询被执行了多次的时候,这些查询结果会被放到一个缓存中,这样,后续的相同的查询就不用操作表而直接访问缓存结果了。
这里最主要的问题是,对于程序员来说,这个事情是很容易被忽略的。因为,某些查询语句会让 MySQL不使用缓存。请看下面的示例:
使用explain关键字可以知道 MySQL 是如何处理SQL语句的。这可以分析查询语句或是表结构的性能瓶颈。
explain的查询结果还会告诉索引主键被如何利用的,数据表是如何被搜索和排序的……等等,等等。
挑一个SELECT 语句(推荐挑选那个最复杂的,有多表联接的),把关键字 EXPLAIN 加到前面。可以使用 phpmyadmin 来做这个事。然后,会看到一张表格。下面的这个示例中,忘记加上了 group_id 索引,并且有表联接:
可以看到,前一个结果显示搜索了 7883 行,而后一个只是搜索了两个表的 9 和 16 行。查看 rows 列可以让找到潜在的性能问题
当查询表的有些时候,已经知道结果只会有一条结果,但因为可能需要去fetch游标,或是也许会去检查返回的记录数。
在这种情况下,加上LIMIT 1可以增加性能。这样一样,MySQL数据库引擎会在找到一条数据后停止搜索,而不是继续往后查少下一条符合记录的数据。
下面的示例,只是为了找一下是否有"中国"的用户,很明显,后面的会比前面的更有效率。
(请注意,第一条中是 select *,第二条是 select 1)
索引并不一定就是给主键或是唯一的字段。如果在表中,有某个字段总要会经常用来做搜索,那么,请为其建立索引吧。
从上图可以看到那个搜索字串"last_name LIKE 'a%'",一个是建了索引,一个是没有索引,性能差了4倍左右。
另外,应该也需要知道什么样的搜索是不能使用正常的索引的。例如,当需要在一篇大的文章中搜索一个词时,如:"WHERE post_content LIKE '%apple%'",索引可能是没有意义的。可能需要使用MySQL全文索引 或是自己做一个索引(比如说:搜索关键词或是Tag什么的)
如果应用程序有很多 JOIN 查询,应该确认两个表中 Join 的字段是被建过索引的。这样,MySQL 内部会启动优化 Join 的 SQL 语句的机制。而且,这些被用来 Join 的字段,应该是相同的类型的。
例如:如果要把DECIMAL 字段和一个 INT 字段 Join 在一起,MySQL 就无法使用它们的索引。对于那些 STRING 类型,还需要有相同的字符集才行。(两个表的字符集有可能不一样)
想打乱返回的数据行?随机挑一个数据?真不知道谁发明了这种用法,但很多新手很喜欢这样用。但确不了解这样做有多么可怕的性能问题。
如果真的想把返回的数据行打乱了,有 N 种方法可以达到这个目的。这样使用只让数据库的性能呈指数级的下降。这里的问题是:MySQL 会不得不去执行 RAND()函数(很耗 CPU 时间),而且这是为了每一行记录去记行,然后再对其排序。就算是用了 Limit 1 也无济于事(因为要排序)
下面的示例是随机挑一条记录:
从数据库里读出越多的数据,那么查询就会变得越慢。并且,如果数据库服务器和 WEB 服务器是两台独立的服务器的话,这还会增加网络传输的负载,所以,应该养成一个需要什么就取什么的好的习惯。
应该为数据库里的每张表都设置一个id做为其主键,而且最好的是一个int型的(推荐使用unsigned),并设置上自动增加的 auto_increment标志。
就算是users 表有一个主键叫 "email"的字段,也别让它成为主键。使用varchar类型来当主键会使用得性能下降。另外,在程序中,应该使用表的ID来构造数据结构。
而且,在MySQL数据引擎下,还有一些操作需要使用主键,在这些情况下,主键的性能和设置变得非常重要,比如,集群,分区…
在这里,只有一个情况是例外,那就是"关联表"的"外键",也就是说,这个表的主键,通过若干个别的表的主键构成。把这个情况叫做"外键"。比如:
有一个"学生表"有学生的 ID,有一个"课程表"有课程 ID,那么,"成绩表"就是"关联表"了,其关联了学生表和课程表,在成绩表中, 学生 ID 和课程 ID 叫"外键"其共同组成主键。
enum类型是非常快和紧凑的。在实际上,其保存的是tinyint,但其外表上显示为字符串,用这个字段来做一些选项列表变得相当的完美。
如果有一个字段,比如"性别","国家","民族","状态"或"部门",知道这些字段的取值是有限而且固定的,那么,应该使用enum而不是varchar。
MySQL也有一个"建议"(见第十条)告诉怎么去重新组织表结构,当有一个 varchar 字段时,这个建议会告诉把其改成enum类型。使用procedure analyse()可以得到相关的建议。
procedure analyse()会让MySQL帮你去分析字段和其实际的数据,并会给一些有用的建议。只有表中有实际的数据,这些建议才会变得有用,因为要做一些大的决定是需要有数据作为基础的。
例如,如果创建了一个int字段作为主键,然而并没有太多的数据,那么,procedure analyse()会建议把这个字段的类型改成 mediumint。或是使用了一个varchar字段,因为数据不多,可能会得到一个把它改成enum的建议。这些建议,都是可能因为数据不够多,所以决策做得就不够准。
在 phpmyadmin 里,可以在查看表时,点击 "Propose table structure" 来查看这些建议。
一定要注意,这些只是建议,只有当表里的数据越来越多时,这些建议才会变得准确。一定要记住,自己才是最终做决定的人。
除非有一个很特别的原因去使用NULL值,应该总是让字段保持NOT NULL。这看起来好像有点争议,请往下看。
首先,问问"Empty"和"NULL"有多大的区别(如果是 INT,那就是0和NULL)?
如果觉得它们之间没有什么区别,那么就不要使用NULL。(知道吗?在Oracle里,NULL和Empty的字符串是一样的!)
不要以为NULL不需要空间,其需要额外的空间,并且,在进行比较的时候,程序会更复杂。当然,这里并不是说就不能使用NULL了,现实情况是很复杂的,依然会有些情况下,需要使用NULL值。
Prepared Statements很像存储过程,是一种运行在后台的SQL语句集合,可以从使用prepared statements获得很多好处,无论是性能问题还是安全问题。
Prepared Statements可以检查一些绑定好的变量,这样可以保护程序不会受到"SQL注入式"攻击。当然,也可以手动地检查这些变量,然而,手动的检查容易出问题,而且很经常会被程序员忘了。当使用一些framework或是ORM的时候,这样的问题会好一些。
在性能方面,当一个相同的查询被使用多次的时候,这会为带来可观的性能优势。可以给这些Prepared Statements定义一些参数,而MySQL只会解析一次。
虽然最新版本的MySQL在传输Prepared Statements是使用二进制形势,所以这会使得网络传输非常有效率。
当然,也有一些情况下,需要避免使用Prepared Statements,因为其不支持查询缓存。但据说版本5.1后支持了。
在PHP中要使用prepared statements,可以查看其使用手册:mysqli 扩展 或是使用数据库抽象层,如:PDO.
正常的情况下,在脚本中执行一个SQL语句的时候,程序会停在那里直到没这个SQL语句返回,然后程序再往下继续执行。可以使用无缓冲查询来改变这个行为,mysql_unbuffered_query()发送一个SQL语句到MySQL而并不像mysql_query()一样去自动fethch和缓存结果。这会相当节约很多可观的内存,尤其是那些会产生大量结果的查询语句,并且不需要等到所有的结果都返回,只需要第一行数据返回的时候,就可以开始马上开始工作于查询结果了,然而,这会有一些限制。因为要么把所有行都读走,或是要在进行下一次的查询前调用 mysql_free_result() 清除结果。而且,mysql_num_rows() 或 mysql_data_seek()将无法使用。所以,是否使用无缓冲的查询需要仔细考虑。
很多程序员都会创建一个VARCHAR(15)字段来存放字符串形式的IP而不是整形的IP。如果用整形来存放,只需要 4 个字节,并且可以有定长的字段。而且,这会带来查询上的优势,尤其是当需要使用这样的where条件:
IP between ip1 and ip2。
必需要使用 unsigned int,因为 IP 地址会使用整个 32 位的无符号整形。
而查询,可以使用 inet_aton() 来把一个字符串 IP 转成一个整形, 并使用 inet_ntoa() 把一个整形转成一个字符串 IP。在 PHP 中,也有这样的函数 ip2long() 和 long2ip()。
如果表中的所有字段都是"固定长度"的,整个表会被认为是"static"或"fixed-length"。
例如,表中没有如下类型的字段: VARCHAR,TEXT, BLOB。只要包括了其中一个这些字段,那么这个表就不是"固定长度静态表"了,这样,MySQL 引擎会用另一种方法来处理。
固定长度的表会提高性能,因为MySQL搜寻得会更快一些,因为这些固定的长度是很容易计算下一个数据的偏移量的,所以读取的自然也会很快。而如果字段不是定长的,那么,每一次要找下一条的话,需要程序找到主键。
并且,固定长度的表也更容易被缓存和重建。不过,唯一的副作用是,固定长度的字段会浪费一些空间,因为定长的字段无论用不用,他都是要分配那么多的空间。
使用"垂直分割"技术(见下一条),可以分割的表成为两个一个是定长的,一个则是不定长的。
"垂直分割"是一种把数据库中的表按列变成几张表的方法,这样可以降低表的复杂度和字段的数目,从而达到优化的目的。(以前,在银行做过项目, 见过一张表有100多个字段,很恐怖)
示例一:在Users表中有一个字段是家庭地址,这个字段是可选字段,相比起,而且在数据库操作的时候除了个人信息外,并不需要经常读取或是改写这个字段。那么,为什么不把他放到另外一张表中呢?
这样会让表有更好的性能,大家想想是不是,大量的时候,对于用户表来说,只有用户ID,用户名,口令,用户角色等会被经常使用。小一点的表总是会有好的性能。
示例二: 有一个叫"last_login"的字段,它会在每次用户登录时被更新。但是,每次更新时会导致该表的查询缓存被清空。所以,可以把这个字段放到另一个表中,这样就不会影响对用户 ID,用户名,用户角色的不停地读取了,因为查询缓存会帮你增加很多性能。
另外,需要注意的是,这些被分出去的字段所形成的表,不会经常性地去 Join 他们,不然的话,这样的性能会比不分割时还要差,而且,会是极数级的下降。
如果需要在一个在线的网站上去执行一个大的 delete 或 insert 查询, 需要非常小心,要避免操作让整个网站停止相应。因为这两个操作是会锁表的,表一锁住了,别的操作都进不来了。
Apache会有很多的子进程或线程。所以,其工作起来相当有效率,而服务器也不希望有太多的子进程,线程和数据库链接,这是极大的占服务器资源的事情,尤其是内存。
如果把表锁上一段时间,比如 30 秒钟,那么对于一个有很高访问量的站点来说,这 30 秒所积累的访问进程/线程,数据库链接,打开的文件数,可能不仅仅会让WEB 服务 Crash,还可能会让整台服务器马上掛了。
所以,如果有一个大的处理,一定把其拆分,使用 LIMIT 条件是一个好的方法。下面是一个示例:
对于大多数的数据库引擎来说,硬盘操作可能是最重大的瓶颈。所以,把数据变得紧凑会对这种情况非常有帮助,因为这减少了对硬盘的访问。
参看MySQL的文档Storage Requirements查看所有的数据类型。
如果一个表只会有几列罢了(比如说字典表,配置表),那么,就没有理由使用 int 来做主键,使用 mediumint, smallint 或是更小的 tinyint 会更经济一些。如果不需要记录时间,使用 date 要比 datetime 好得多。
当然,也需要留够足够的扩展空间,不然日后来干这个事,会很难,参看 Slashdot 的例子(2009 年 11 月 06 日),一个简单的 alter table 语句花了 3 个多小时,因为里面有一千六百万条数据。
在 MySQL 中有两个存储引擎 MyISAM 和 InnoDB,每个引擎都有利有弊。酷壳以前文章《MySQL: InnoDB 还是 MyISAM?》讨论和这个事情。
MyISAM 适合于一些需要大量查询的应用,但其对于有大量写操作并不是很好。甚至只是需要 update 一个字段,整个表都会被锁起来,而别的进程,就算是读进程都无法操作直到读操作完成。另外,MyISAM 对于 SELECT COUNT(*) 这类的计算是超快无比的。
InnoDB 的趋势会是一个非常复杂的存储引擎,对于一些小的应用,它会比MyISAM 还慢。他是它支持"行锁",于是在写操作比较多的时候,会更优秀。并且,他还支持更多的高级应用,比如:事务。
下面是 MySQL 的手册
target="_blank"MyISAM Storage Engine
InnoDB Storage Engine
使用 ORM (Object Relational Mapper),能够获得可靠的性能增涨。一个ORM 可以做的所有事情,也能被手动的编写出来。但是,这需要一个高级专家。
ORM 的最重要的是"Lazy Loading",也就是说,只有在需要的去取值的时候才会去真正的去做。但也需要小心这种机制的副作用,因为这很有可能会因为要去创建很多很多小的查询反而会降低性能。
ORM 还可以把SQL 语句打包成一个事务,这会比单独执行他们快得多得多。
目前,个人最喜欢的 PHP 的 ORM 是:Doctrine。
"永久链接"的目的是用来减少重新创建 MySQL 链接的次数。当一个链接被创建了,它会永远处在连接的状态,就算是数据库操作已经结束了。而且, 自从Apache 开始重用它的子进程后----也就是说,下一次的 HTTP 请求会重用 Apache 的子进程,并重用相同的 MySQL 链接。
PHP手册:mysql_pconnect()
在理论上来说,这听起来非常的不错。但是从个人经验(也是大多数人的) 上来说,这个功能制造出来的麻烦事更多。因为,只有有限的链接数,内存问题,文件句柄数,等等。
而且,Apache 运行在极端并行的环境中,会创建很多很多的了进程。这就是为什么这种"永久链接"的机制工作地不好的原因。在决定要使用"永久链接"之前,需要好好地考虑一下整个系统的架构。