因?yàn)樗饕峦啤H绻樵儣l件包含在了組合索引中,比如存在組合索引(a,b),查詢到滿足 a 的記錄后會(huì)直接在索引內(nèi)部判斷 b 是否滿足,減少回表次數(shù)。同時(shí),如果查詢的列恰好包含在組合索引中,即為覆蓋索引,無(wú)需回表。索引規(guī)則估計(jì)都知道,實(shí)際開發(fā)中也會(huì)創(chuàng)建和使用。問(wèn)題可能更多的是:為什么建了索引還慢?
1.1.1 什么原因?qū)е滤饕?/span>
建了索引還慢,多半是索引失效(未使用),可用 explain 分析。索引失效常見原因有 :
where 中使用 != 或 <> 或 or 或表達(dá)式或函數(shù)(左側(cè))
like 語(yǔ)句 % 開頭
字符串未加’’
索引字段區(qū)分度過(guò)低,如性別
未匹配最左前綴
(一張嘴就知道老面試題了) 為什么這些做法會(huì)導(dǎo)致失效,成熟的 MySQL 也有自己的想法。
1.1.2 這些原因?yàn)槭裁磳?dǎo)致索引失效
如果要 MySQL 給一個(gè)理由,還是那棵 B+ 樹。
函數(shù)操作
當(dāng)在 查詢 where = 左側(cè)使用表達(dá)式或函數(shù)時(shí),如字段 A 為字符串型且有索引, 有 where length(a) = 6查詢,這時(shí)傳遞一個(gè) 6 到 A 的索引樹,不難想象在樹的第一層就迷路了。
前綴索引:對(duì)于字符串,可以只在前 N 位添加索引,避免不必要的開支。假如的確需要如關(guān)鍵字查詢,那交給更合適的如 ES 或許更好。
不要對(duì)索引字段做函數(shù)操作
對(duì)于確定的、寫多讀少的表或者頻繁更新的字段都應(yīng)該考慮索引的維護(hù)成本。
1.1.5 如何評(píng)價(jià) MySQL 選錯(cuò)了索引
有時(shí),建立了猛一看挺正確的索引,但事情卻沒(méi)按計(jì)劃發(fā)展。就像“為啥 XXX 有索引,根據(jù)它查詢還是慢查詢”。此刻沒(méi)準(zhǔn)要自信點(diǎn):我的代碼不可能有 BUG,肯定是 MySQL 出了問(wèn)題。MySQL 的確可能有點(diǎn)問(wèn)題。這種情況常見于建了一大堆索引,查詢條件一大堆。沒(méi)使用你想讓它用的那一個(gè),而是選了個(gè)區(qū)分度低的,導(dǎo)致過(guò)多的掃描。造成的原因基本有兩個(gè):
信息統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確:可以使用 analyze table x重新分析。
優(yōu)化器誤判:可以 force index強(qiáng)制指定。或修改語(yǔ)句引導(dǎo)優(yōu)化器,增加或刪除索引繞過(guò)。
但根據(jù)我淺薄的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,更可能是因?yàn)槟憬诵](méi)必要的索引導(dǎo)致的。不會(huì)真有人以為 MySQL 沒(méi)自己機(jī)靈吧?除了上面這些索引原因外,還有下面這些不常見或者說(shuō)不好判斷的原因存在。
1.2 等MDL鎖
在 MySQL 5.5 版本中引入了 MDL,對(duì)一個(gè)表做 CRUD 操作時(shí),自動(dòng)加 MDL 讀鎖;對(duì)表結(jié)構(gòu)做變更時(shí),加 MDL 寫鎖。讀寫鎖、寫鎖間互斥。當(dāng)某語(yǔ)句拿 MDL 寫鎖就會(huì)阻塞 MDL 讀鎖,可以使用show processlist命令查看處于Waiting for table metadata lock狀態(tài)的語(yǔ)句。
1.3 等 flush
flush 很快,大多是因?yàn)?flush 命令被別的語(yǔ)句堵住,它又堵住了 select 。通過(guò)show processlist命令查看時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)處于Waiting for table flush狀態(tài)。
1.4 等行鎖
某事物持有寫鎖未提交。
1.5 當(dāng)前讀
InnoDB 默認(rèn)級(jí)別是可重復(fù)讀。設(shè)想一個(gè)場(chǎng)景:事物 A 開始事務(wù),事務(wù) B 也開始執(zhí)行大量更新。B 率先提交, A 是當(dāng)前讀,就要依次執(zhí)行 undo log ,直到找到事務(wù) B 開始前的值。
1.6 大表場(chǎng)景
在未二次開發(fā)的 MYSQL 中,上億的表肯定算大表,這種情況即使在索引、查詢層面做到了較好實(shí)現(xiàn),面對(duì)頻繁聚合操作也可能會(huì)出現(xiàn) IO 或 CPU 瓶頸,即使是單純查詢,效率也會(huì)下降。且 Innodb 每個(gè) B+ 樹節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)容量是 16 KB,理論上可存儲(chǔ) 2kw 行左右,這時(shí)樹高為3層。我們知道,innodb_buffer_pool 用來(lái)緩存表及索引,如果索引數(shù)據(jù)較大,緩存命中率就堪憂,同時(shí) innodb_buffer_pool 采用 LRU 算法進(jìn)行頁(yè)面淘汰,如果數(shù)據(jù)量過(guò)大,對(duì)老或非熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的查詢可能就會(huì)把熱點(diǎn)數(shù)據(jù)給擠出去。所以對(duì)于大表常見優(yōu)化即是分庫(kù)分表和讀寫分離了。
分表針對(duì)大表解決 CPU 瓶頸,分庫(kù)解決 IO 瓶頸,二者將存儲(chǔ)壓力解決了。但查詢還不一定。如果落到 DB 的 QPS 還是很高,且讀遠(yuǎn)大于寫,就可以考慮讀寫分離,基于主從模式將讀的壓力分?jǐn)偅苊鈫螜C(jī)負(fù)載過(guò)高,同時(shí)也保證了高可用,實(shí)現(xiàn)了負(fù)載均衡。
以上列舉了 MySQL 常見慢查詢?cè)蚝吞幚矸椒ǎ榻B了應(yīng)對(duì)較大數(shù)據(jù)場(chǎng)景的常用方法。分庫(kù)分表和讀寫分離是針對(duì)大數(shù)據(jù)或并發(fā)場(chǎng)景的,同時(shí)也為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定和拓展性。但也不是所有的問(wèn)題都最適合這么解決。
在 ES 7.0 之前存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是 Index -> Type -> Document,按 MySQL 對(duì)比就是 database - table - id(實(shí)際這種對(duì)比不那么合理)。7.0 之后 Type 被廢棄了,就暫把 index 當(dāng)做 table 吧。在 Dev Tools 的 Console 可以通過(guò)以下命令查看一些基本信息。也可以替換為 crul 命令。
GET /_cat/health?v&pretty:查看集群健康狀態(tài)
GET /_cat/shards?v :查看分片狀態(tài)
GET yourindex/_mapping :index mapping結(jié)構(gòu)
GET yourindex/_settings :index setting結(jié)構(gòu)
GET /_cat/indices?v :查看當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所有索引信息
重點(diǎn)是 mapping 和 setting ,mapping 可以理解為 MySQL 中表的結(jié)構(gòu)定義,setting 負(fù)責(zé)控制如分片數(shù)量、副本數(shù)量。以下是截取了某日志 index 下的部分 mapping 結(jié)構(gòu),ES 對(duì)字符串類型會(huì)默認(rèn)定義成 text ,同時(shí)為它定義一個(gè)叫做 keyword 的子字段。這兩的區(qū)別是:text 類型會(huì)進(jìn)行分詞, keyword 類型不會(huì)進(jìn)行分詞。
分詞是什么意思?看完 ES 的索引原理你就 get 了。ES 基于倒排索引。嘛意思?傳統(tǒng)索引一般是以文檔 ID 作索引,以內(nèi)容作為記錄。倒排索引相反,根據(jù)已有屬性值,去找到相應(yīng)的行所在的位置,也就是將單詞或內(nèi)容作為索引,將文檔 ID 作為記錄。下圖是 ES 倒排索引的示意圖,由 Term index,Team Dictionary 和 Posting List 組成。圖片圖中的 Ada、Sara 被稱作 term,其實(shí)就是分詞后的詞了。如果把圖中的 Term Index 去掉,是不是有點(diǎn)像 MySQL 了?Term Dictionary 就像二級(jí)索引,但 MySQL 是保存在磁盤上的,檢索一個(gè) term 需要若干次的 random access 磁盤操作。而 ES 在 Term Dictionary 基礎(chǔ)上多了層 Term Index ,它以 FST 形式保存在內(nèi)存中,保存著 term 的前綴,借此可以快速的定位到 Term dictionary 的本 term 的 offset 。而且 FST 形式和 Term dictionary 的 block 存儲(chǔ)方式都很節(jié)省內(nèi)存和磁盤空間。到這就知道為啥快了,就是因?yàn)橛辛藘?nèi)存中的 Term Index , 它為 term 的索引 Term Dictionary 又做了一層索引。不過(guò),也不是說(shuō) ES 什么查詢都比 MySQL 快。檢索大致分為兩類。
2.3.1 分詞后檢索
ES 的索引存儲(chǔ)的就是分詞排序后的結(jié)果。比如圖中的 Ada,在 MySQL 中 %da% 就掃全表了,但對(duì) ES 來(lái)說(shuō)可以快速定位2.3.2 精確檢索該情況其實(shí)相差是不大的,因?yàn)?Term Index 的優(yōu)勢(shì)沒(méi)了,卻還要借此找到在 term dictionary 中的位置。也許由于 MySQL 覆蓋索引無(wú)需回表會(huì)更快一點(diǎn)。2.4 什么時(shí)候用 ES如前所述,對(duì)于業(yè)務(wù)中的查詢場(chǎng)景什么時(shí)候適合使用 ES ?我覺(jué)得有兩種。2.4.1 全文檢索在 MySQL 中字符串類型根據(jù)關(guān)鍵字模糊查詢就是一場(chǎng)災(zāi)難,對(duì) ES 來(lái)說(shuō)卻是小菜一碟。具體場(chǎng)景,比如消息表對(duì)消息內(nèi)容的模糊查詢,即聊天記錄查詢。但要注意,如果需要的是類似廣大搜索引擎的關(guān)鍵字查詢而非日志的短語(yǔ)匹配查詢,就需要對(duì)中文進(jìn)行分詞處理,最廣泛使用的是 ik 。Ik 分詞器的安裝這里不再細(xì)說(shuō)。什么意思呢?分詞開頭對(duì)日志的查詢,鍵入 “我可真是個(gè)機(jī)靈鬼” 時(shí),只會(huì)得到完全匹配的信息。在公眾號(hào)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)師后臺(tái)回復(fù)“2T”,獲取一份驚喜禮包。而倘若去掉 “”,又會(huì)得到按照 “我”、“可”,“真”….分詞匹配到的所有信息,這明顯會(huì)返回很多信息,也是不符合中文語(yǔ)義的。實(shí)際期望的分詞效果大概是“我”、“可”、“真是”,“機(jī)靈鬼”,之后再按照這種分詞結(jié)果去匹配查詢。這是 ES 默認(rèn)的分詞策略對(duì)中文的支持不友善導(dǎo)致的,按照英語(yǔ)單詞字母來(lái)了,可英語(yǔ)單詞間是帶有空格的。這也是不少國(guó)外軟件中文搜索效果不 nice 的原因之一。對(duì)于該問(wèn)題,你可以在 console 使用下方命令,測(cè)試當(dāng)前 index 的分詞效果。
POST yourindex/_analyze { "field":"yourfield", "text":"我可真是個(gè)機(jī)靈鬼" }
2.4.2 組合查詢
如果數(shù)據(jù)量夠大,表字段又夠多。把所有字段信息丟到 ES 里創(chuàng)建索引是不合理的。使用 MySQL 的話那就只能按前文提到的分庫(kù)分表、讀寫分離來(lái)了。何不組合下。
1. ES + MySQL
將要參與查詢的字段信息加上 id,放入 ES,做好分詞。將全量信息放入 MySQL,通過(guò) id 快速檢索。
2. ES + HBASE
如果要省去分庫(kù)分表什么的,或許可以拋棄 MySQL ,選擇分布式數(shù)據(jù)庫(kù),比如 HBASE , 對(duì)于這種 NOSQL 來(lái)說(shuō),存儲(chǔ)能力海量,擴(kuò)容 easy ,根據(jù) rowkey 查詢也很快。以上思路都是經(jīng)典的索引與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)隔離的方案了。當(dāng)然,攤子越大越容易出事,也會(huì)面臨更多的問(wèn)題。使用 ES 作索引層,數(shù)據(jù)同步、時(shí)序性、mapping 設(shè)計(jì)、高可用等都需要考慮。畢竟和單純做日志系統(tǒng)對(duì)比,日志可以等待,用戶不能。2.5 小結(jié)本節(jié)簡(jiǎn)單介紹了 ES 為啥快,和這個(gè)快能用在哪。現(xiàn)在你可以打開 Kibana 的控制臺(tái)試一試了。如果想在 Java 項(xiàng)目中接入的話,有 SpringBoot 加持,在 ES 環(huán)境 OK 的前提下,完全是開箱即用,就差一個(gè)依賴了。基本的 CRUD 支持都是完全 OK 的。
3. HBASE
前面有提到 HBASE , 什么是 HBASE ,鑒于篇幅這里簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)。3.1 存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)如 MySQL 是按行來(lái)的。
HBASE 是按列的(實(shí)際是列族)。列式存儲(chǔ)上表就會(huì)變成:
下圖是一個(gè) HBASE 實(shí)際的表模型結(jié)構(gòu)。
Row key 是主鍵,按照字典序排序。TimeStamp 是版本號(hào)。info 和 area 都是列簇(column Family),列簇將表進(jìn)行橫向切割。name、age 叫做列,屬于某一個(gè)列簇,可進(jìn)行動(dòng)態(tài)添加。Cell 是具體的 Value 。
個(gè)人覺(jué)得軟件開發(fā)是循序漸進(jìn)的,技術(shù)服務(wù)于項(xiàng)目,合適比新穎復(fù)雜更重要。如何完成一次快速的查詢?最該做的還是先找找自己的 Bug,解決了當(dāng)前問(wèn)題再創(chuàng)造新問(wèn)題。本文列舉到的部分方案對(duì)于具體實(shí)現(xiàn)大多一筆帶過(guò),實(shí)際無(wú)論是 MySQL 的分表還是 ES 的業(yè)務(wù)融合都會(huì)面臨很多細(xì)節(jié)和困難的問(wèn)題,搞工程的總要絕知此事要躬行。