一次SQL查詢優(yōu)化原理分析：900W+數(shù)據(jù)，從17s到300ms

來(lái)源：jianshu.com/p/0768ebc4e28d

有一張財(cái)務(wù)流水表，未分庫(kù)分表，目前的數(shù)據(jù)量為9555695，分頁(yè)查詢使用到了limit，優(yōu)化之前的查詢耗時(shí)16 s 938 ms (execution: 16 s 831 ms, fetching: 107 ms)，按照下文的方式調(diào)整SQL后，耗時(shí)347 ms (execution: 163 ms, fetching: 184 ms)；

操作：查詢條件放到子查詢中，子查詢只查主鍵ID，然后使用子查詢中確定的主鍵關(guān)聯(lián)查詢其他的屬性字段；

原理：1、減少回表操作；2、可參考《阿里巴巴Java開(kāi)發(fā)手冊(cè)（泰山版）》第五章-MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)、（二）索引規(guī)約、第7條：【推薦】利用延遲關(guān)聯(lián)或者子查詢優(yōu)化超多分頁(yè)場(chǎng)景。說(shuō)明：MySQL并不是挑過(guò)offeset行，而是取offset+N行，然后返回放棄前offset行，返回N行，那當(dāng)offset特別大的時(shí)候，效率就非常的底下，要么控制返回的總頁(yè)數(shù)，要么對(duì)超過(guò)特定閾值的頁(yè)數(shù)進(jìn)行SQL改寫(xiě)。正例：先快速定位需要獲取的id段，然后再關(guān)聯(lián)：SELECT a.* FROM 表1 a,(select id from 表1 where 條件 LIMIT 100000,20) b where a.id = b.id;

--?優(yōu)化前SQL
SELECT??各種字段
FROM?`table_name`
WHERE?各種條件
LIMIT?0,10;

--?優(yōu)化后SQL
SELECT??各種字段
FROM?`table_name`?main_tale
RIGHT?JOIN?
(
SELECT??子查詢只查主鍵
FROM?`table_name`
WHERE?各種條件
LIMIT?0,10;
)?temp_table?ON?temp_table.主鍵?=?main_table.主鍵

一，前言

首先說(shuō)明一下MySQL的版本：

mysql>?select?version();
+-----------+
|?version()?|
+-----------+
|?5.7.17????|
+-----------+
1?row?in?set?(0.00?sec)

表結(jié)構(gòu)：

mysql>?desc?test;
+--------+---------------------+------+-----+---------+----------------+
|?Field??|?Type????????????????|?Null?|?Key?|?Default?|?Extra??????????|
+--------+---------------------+------+-----+---------+----------------+
|?id?????|?bigint(20)?unsigned?|?NO???|?PRI?|?NULL????|?auto_increment?|
|?val????|?int(10)?unsigned????|?NO???|?MUL?|?0???????|????????????????|
|?source?|?int(10)?unsigned????|?NO???|?????|?0???????|????????????????|
+--------+---------------------+------+-----+---------+----------------+
3?rows?in?set?(0.00?sec)

id為自增主鍵，val為非唯一索引。

灌入大量數(shù)據(jù)，共500萬(wàn)：

mysql>?select?count(*)?from?test;
+----------+
|?count(*)?|
+----------+
|??5242882?|
+----------+
1?row?in?set?(4.25?sec)

我們知道，當(dāng)limit offset rows中的offset很大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)效率問(wèn)題：

mysql>?select?*?from?test?where?val=4?limit?300000,5;
+---------+-----+--------+
|?id??????|?val?|?source?|
+---------+-----+--------+
|?3327622?|???4?|??????4?|
|?3327632?|???4?|??????4?|
|?3327642?|???4?|??????4?|
|?3327652?|???4?|??????4?|
|?3327662?|???4?|??????4?|
+---------+-----+--------+
5?rows?in?set?(15.98?sec)

為了達(dá)到相同的目的，我們一般會(huì)改寫(xiě)成如下語(yǔ)句：

mysql>?select?*?from?test?a?inner?join?(select?id?from?test?where?val=4?limit?300000,5)?b?on?a.id=b.id;
+---------+-----+--------+---------+
|?id??????|?val?|?source?|?id??????|
+---------+-----+--------+---------+
|?3327622?|???4?|??????4?|?3327622?|
|?3327632?|???4?|??????4?|?3327632?|
|?3327642?|???4?|??????4?|?3327642?|
|?3327652?|???4?|??????4?|?3327652?|
|?3327662?|???4?|??????4?|?3327662?|
+---------+-----+--------+---------+
5?rows?in?set?(0.38?sec)

時(shí)間相差很明顯。

為什么會(huì)出現(xiàn)上面的結(jié)果？我們看一下select * from test where val=4 limit 300000,5;的查詢過(guò)程：

查詢到索引葉子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。根據(jù)葉子節(jié)點(diǎn)上的主鍵值去聚簇索引上查詢需要的全部字段值。

類(lèi)似于下面這張圖：

像上面這樣，需要查詢300005次索引節(jié)點(diǎn)，查詢300005次聚簇索引的數(shù)據(jù)，最后再將結(jié)果過(guò)濾掉前300000條，取出最后5條。MySQL耗費(fèi)了大量隨機(jī)I/O在查詢聚簇索引的數(shù)據(jù)上，而有300000次隨機(jī)I/O查詢到的數(shù)據(jù)是不會(huì)出現(xiàn)在結(jié)果集當(dāng)中的。

肯定會(huì)有人問(wèn)：既然一開(kāi)始是利用索引的，為什么不先沿著索引葉子節(jié)點(diǎn)查詢到最后需要的5個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后再去聚簇索引中查詢實(shí)際數(shù)據(jù)。這樣只需要5次隨機(jī)I/O，類(lèi)似于下面圖片的過(guò)程：

其實(shí)我也想問(wèn)這個(gè)問(wèn)題。

我們創(chuàng)建了一個(gè)高質(zhì)量的技術(shù)交流群，與優(yōu)秀的人在一起，自己也會(huì)優(yōu)秀起來(lái)，趕緊點(diǎn)擊加群，享受一起成長(zhǎng)的快樂(lè)。另外，如果你最近想跳槽的話，年前我花了2周時(shí)間收集了一波大廠面經(jīng)，節(jié)后準(zhǔn)備跳槽的可以點(diǎn)擊這里領(lǐng)取！

證實(shí)

下面我們實(shí)際操作一下來(lái)證實(shí)上述的推論：

為了證實(shí)select * from test where val=4 limit 300000,5是掃描300005個(gè)索引節(jié)點(diǎn)和300005個(gè)聚簇索引上的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，我們需要知道MySQL有沒(méi)有辦法統(tǒng)計(jì)在一個(gè)sql中通過(guò)索引節(jié)點(diǎn)查詢數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的次數(shù)。我先試了Handler_read_*系列，很遺憾沒(méi)有一個(gè)變量能滿足條件。

我只能通過(guò)間接的方式來(lái)證實(shí)：

InnoDB中有buffer pool。里面存有最近訪問(wèn)過(guò)的數(shù)據(jù)頁(yè)，包括數(shù)據(jù)頁(yè)和索引頁(yè)。所以我們需要運(yùn)行兩個(gè)sql，來(lái)比較buffer pool中的數(shù)據(jù)頁(yè)的數(shù)量。預(yù)測(cè)結(jié)果是運(yùn)行select * from test a inner join (select id from test where val=4 limit 300000,5); 之后，buffer pool中的數(shù)據(jù)頁(yè)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于select * from test where val=4 limit 300000,5;對(duì)應(yīng)的數(shù)量，因?yàn)榍耙粋€(gè)sql只訪問(wèn)5次數(shù)據(jù)頁(yè)，而后一個(gè)sql訪問(wèn)300005次數(shù)據(jù)頁(yè)。

select?*?from?test?where?val=4?limit?300000,5

mysql>?select?index_name,count(*)?from?information_schema.INNODB_BUFFER_PAGE?where?INDEX_NAME?in('val','primary')?and?TABLE_NAME?like?'%test%'?group?by?index_name;Empty?set?(0.04?sec)

可以看出，目前buffer pool中沒(méi)有關(guān)于test表的數(shù)據(jù)頁(yè)。

mysql>?select?*?from?test?where?val=4?limit?300000,5;
+---------+-----+--------+
|?id??????|?val?|?source?|
+---------+-----+--------+|?
3327622?|???4?|??????4?|
|?3327632?|???4?|??????4?|
|?3327642?|???4?|??????4?|
|?3327652?|???4?|??????4?|
|?3327662?|???4?|??????4?|
+---------+-----+--------+
5?rows?in?set?(26.19?sec)

mysql>?select?index_name,count(*)?from?information_schema.INNODB_BUFFER_PAGE?where?INDEX_NAME?in('val','primary')?and?TABLE_NAME?like?'%test%'?group?by?index_name;
+------------+----------+
|?index_name?|?count(*)?|
+------------+----------+
|?PRIMARY????|?????4098?|
|?val????????|??????208?|
+------------+----------+2?rows?in?set?(0.04?sec)

可以看出，此時(shí)buffer pool中關(guān)于test表有4098個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)，208個(gè)索引頁(yè)。

select * from test a inner join (select id from test where val=4 limit 300000,5) ;為了防止上次試驗(yàn)的影響，我們需要清空buffer pool，重啟mysql。

mysqladmin?shutdown
/usr/local/bin/mysqld_safe?&

mysql>?select?index_name,count(*)?from?information_schema.INNODB_BUFFER_PAGE?where?INDEX_NAME?in('val','primary')?and?TABLE_NAME?like?'%test%'?group?by?index_name;

Empty?set?(0.03?sec)

運(yùn)行sql：

mysql>?select?*?from?test?a?inner?join?(select?id?from?test?where?val=4?limit?300000,5)?b?on?a.id=b.id;
+---------+-----+--------+---------+
|?id??????|?val?|?source?|?id??????|
+---------+-----+--------+---------+
|?3327622?|???4?|??????4?|?3327622?|
|?3327632?|???4?|??????4?|?3327632?|
|?3327642?|???4?|??????4?|?3327642?|
|?3327652?|???4?|??????4?|?3327652?|
|?3327662?|???4?|??????4?|?3327662?|
+---------+-----+--------+---------+
5?rows?in?set?(0.09?sec)

mysql>?select?index_name,count(*)?from?information_schema.INNODB_BUFFER_PAGE?where?INDEX_NAME?in('val','primary')?and?TABLE_NAME?like?'%test%'?group?by?index_name;
+------------+----------+
|?index_name?|?count(*)?|
+------------+----------+
|?PRIMARY????|????????5?|
|?val????????|??????390?|
+------------+----------+
2?rows?in?set?(0.03?sec)

我們可以看明顯的看出兩者的差別：第一個(gè)sql加載了4098個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)到buffer pool，而第二個(gè)sql只加載了5個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)到buffer pool。符合我們的預(yù)測(cè)。也證實(shí)了為什么第一個(gè)sql會(huì)慢：讀取大量的無(wú)用數(shù)據(jù)行（300000），最后卻拋棄掉。而且這會(huì)造成一個(gè)問(wèn)題：加載了很多熱點(diǎn)不是很高的數(shù)據(jù)頁(yè)到buffer pool，會(huì)造成buffer pool的污染，占用buffer pool的空間。?遇到的問(wèn)題

為了在每次重啟時(shí)確保清空buffer pool，我們需要關(guān)閉innodb_buffer_pool_dump_at_shutdown和innodb_buffer_pool_load_at_startup，這兩個(gè)選項(xiàng)能夠控制數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)閉時(shí)dump出buffer pool中的數(shù)據(jù)和在數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)啟時(shí)載入在磁盤(pán)上備份buffer pool的數(shù)據(jù)。

參考資料：