千萬級數(shù)據(jù)表選錯索引導(dǎo)致的線上慢查詢事故
前言
最近在線上環(huán)境遇到了一次SQL慢查詢引發(fā)的數(shù)據(jù)庫故障，影響線上業(yè)務(wù)。經(jīng)過排查后，確定原因是「SQL在執(zhí)行時，MySQL優(yōu)化器選擇了錯誤的索引（不應(yīng)該說是“錯誤”，而是選擇了實際執(zhí)行耗時更長的索引）」。在排查過程中，查閱了許多資料，也學(xué)習(xí)了下MySQL優(yōu)化器選擇索引的基本準(zhǔn)則，在本文中進(jìn)行解決問題思路的分享。本人MySQL了解深度有限，如果錯誤歡迎理性討論和指正。
「在這次事故中也能充分看出深入了解MySQL運(yùn)行原理的重要性，這是遇到問題時能否獨(dú)立解決問題的關(guān)鍵?！?/strong> 試想一個月黑風(fēng)高的夜晚，公司線上突然掛了，而你的同事們都不在線，就你一個人有條件解決問題，這時候如果被工程師的基本功把你卡住了，就問你尷不尷尬...
「本文的主要內(nèi)容：」
故障描述 問題原因排查 MySQL索引選擇原理 解決方案 思考與總結(jié)
?
正文
故障描述
在7月24日11點線上某數(shù)據(jù)庫突然收到大量告警，慢查詢數(shù)超標(biāo)，并且引發(fā)了連接數(shù)暴增，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫響應(yīng)緩慢，影響業(yè)務(wù)?？磮D表慢查詢在高峰達(dá)到了每分鐘14w次，在平時正常情況下慢查詢數(shù)僅在兩位數(shù)以下，如下圖：
趕緊查看慢SQL記錄，發(fā)現(xiàn)都是同一類語句導(dǎo)致的慢查詢(隱私數(shù)據(jù)例如表名，我已經(jīng)隱去)：
select
??*
from
??sample_table
where
????1?=?1
????and?(city_id?=?565)
????and?(type?=?13)
order?by
??id?desc
limit
??0,?1
看起來語句很簡單，沒什么特別的。但是每個執(zhí)行的查詢時間達(dá)到了驚人的44s。
簡直聳人聽聞，這已經(jīng)不是“慢”能形容的了...
接下來查看表數(shù)據(jù)信息，如下圖：
可以看到表數(shù)據(jù)量較大，預(yù)估行數(shù)在83683240，也就是8000w左右，「千萬數(shù)據(jù)量的表」。
大致情況就是這樣，下面進(jìn)入排查問題的環(huán)節(jié)。
問題原因排查
首先當(dāng)然要懷疑會不會該語句沒走索引，查看建表DML中的索引：
KEY?`idx_1`?(`city_id`,`type`,`rank`),
KEY?`idx_log_dt_city_id_rank`?(`log_dt`,`city_id`,`rank`),
KEY?`idx_city_id_type`?(`city_id`,`type`)
請忽略idx_1和idx_city_id_type兩個索引的重復(fù)，這都是歷史遺留問題了。
「可以看到是有idx_city_id_type和idx_1索引的」，我們的查詢條件是city_id和type，這兩個索引都是能走到的。
但是，我們的查詢條件真的只要考慮city_id和type嗎？（機(jī)智的小伙伴應(yīng)該注意到問題所在了，先往下講，留給大家思考）
既然有索引，接下來就該看該語句實際有沒有走到索引了，MySQL提供了Explain可以分析SQL語句。Explain 用來分析 SELECT 查詢語句。
Explain比較重要的字段有：
select_type : 查詢類型，有簡單查詢、聯(lián)合查詢、子查詢等 key : 使用的索引 rows : 預(yù)計需要掃描的行數(shù)
更多詳細(xì)Explain介紹可以參考：MySQL 性能優(yōu)化神器 Explain 使用分析
我們使用Explain分析該語句：
select?*?from?sample_table?where?city_id?=?565?and?type?=?13?order?by?id?desc?limit?0,1
得到結(jié)果：
可以看出，雖然possiblekey有我們的索引，但是最后走了主鍵索引。而表是千萬級別，「并且該查詢條件最后實際是返回的空數(shù)據(jù)」，也就是MySQL在主鍵索引上實際檢索時間很長，導(dǎo)致了慢查詢。
我們可以使用force index(idx_city_id_type)讓該語句選擇我們設(shè)置的聯(lián)合索引：
select?*?from?sample_table?force?index(idx_city_id_type)??where?(?(?(1?=?1)?and?(city_id?=?565)?)?and?(type?=?13)?)?order?by?id?desc?limit?0,?1
這次明顯執(zhí)行的飛快，分析語句：
實際執(zhí)行時間0.00175714s，走了聯(lián)合索引后，不再是慢查詢了。
問題找到了，總結(jié)下來就是：「MySQL優(yōu)化器認(rèn)為在limit 1的情況下，走主鍵索引能夠更快的找到那一條數(shù)據(jù)，并且如果走聯(lián)合索引需要掃描索引后進(jìn)行排序，而主鍵索引天生有序，所以優(yōu)化器綜合考慮，走了主鍵索引。實際上，MySQL遍歷了8000w條數(shù)據(jù)也沒找到那個天選之人（符合條件的數(shù)據(jù)），所以浪費(fèi)了很多時間。」
MySQL索引選擇原理
優(yōu)化器索引選擇的準(zhǔn)則
MySQL一條語句的執(zhí)行流程大致如下圖，而「查詢優(yōu)化器」則是選擇索引的地方：
引用參考文獻(xiàn)一段解釋：
?首先要知道，選擇索引是MySQL優(yōu)化器的工作。
而優(yōu)化器選擇索引的目的，是找到一個最優(yōu)的執(zhí)行方案，并用最小的代價去執(zhí)行語句。在數(shù)據(jù)庫里面，掃描行數(shù)是影響執(zhí)行代價的因素之一。掃描的行數(shù)越少，意味著訪問磁盤數(shù)據(jù)的次數(shù)越少，消耗的CPU資源越少。
「當(dāng)然，掃描行數(shù)并不是唯一的判斷標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化器還會結(jié)合是否使用臨時表、是否排序等因素進(jìn)行綜合判斷?！?/strong>
?
總結(jié)下來，優(yōu)化器選擇有許多考慮的因素：「掃描行數(shù)、是否使用臨時表、是否排序等等」
我們回頭看剛才的兩個explain截圖：
走了「主鍵索引」的查詢語句，rows預(yù)估行數(shù)1833，而強(qiáng)制走「聯(lián)合索引」行數(shù)是45640，并且Extra信息中，顯示需要Using filesort進(jìn)行額外的排序。所以在不加強(qiáng)制索引的情況下，「優(yōu)化器選擇了主鍵索引，因為它覺得主鍵索引掃描行數(shù)少，而且不需要額外的排序操作，主鍵索引天生有序?！?/strong>
rows是怎么預(yù)估出來的
同學(xué)們就要問了，為什么rows只有1833，明明實際掃描了整個主鍵索引啊,行數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止幾千行。實際上explain的rows是MySQL「預(yù)估」的行數(shù)，「是根據(jù)查詢條件、索引和limit綜合考慮出來的預(yù)估行數(shù)。」
MySQL是怎樣得到索引的基數(shù)的呢？這里，我給你簡單介紹一下MySQL采樣統(tǒng)計的方法。
為什么要采樣統(tǒng)計呢？因為把整張表取出來一行行統(tǒng)計，雖然可以得到精確的結(jié)果，但是代價太高了，所以只能選擇“采樣統(tǒng)計”。
采樣統(tǒng)計的時候，InnoDB默認(rèn)會選擇N個數(shù)據(jù)頁，統(tǒng)計這些頁面上的不同值，得到一個平均值，然后乘以這個索引的頁面數(shù)，就得到了這個索引的基數(shù)。
而數(shù)據(jù)表是會持續(xù)更新的，索引統(tǒng)計信息也不會固定不變。所以，當(dāng)變更的數(shù)據(jù)行數(shù)超過1/M的時候，會自動觸發(fā)重新做一次索引統(tǒng)計。
在MySQL中，有兩種存儲索引統(tǒng)計的方式，可以通過設(shè)置參數(shù)innodb_stats_persistent的值來選擇：
設(shè)置為on的時候，表示統(tǒng)計信息會持久化存儲。這時，默認(rèn)的N是20，M是10。
設(shè)置為off的時候，表示統(tǒng)計信息只存儲在內(nèi)存中。這時，默認(rèn)的N是8，M是16。
由于是采樣統(tǒng)計，所以不管N是20還是8，這個基數(shù)都是很容易不準(zhǔn)的。
我們可以使用analyze table t命令，可以用來重新統(tǒng)計索引信息。但是這條命令生產(chǎn)環(huán)境需要聯(lián)系DBA，所以我就不做實驗了,大家可以自行實驗。
索引要考慮 order by 的字段
為什么這么說？因為如果我這個表中的索引是city_id,type和id的聯(lián)合索引，那優(yōu)化器就會走這個聯(lián)合索引，因為索引已經(jīng)做好了排序。
更改limit大小能解決問題？
把limit數(shù)量調(diào)大會影響預(yù)估行數(shù)rows，進(jìn)而影響優(yōu)化器索引的選擇嗎？
答案是會。
我們執(zhí)行l(wèi)imit 10
select?*?from?sample_table?where?city_id?=?565?and?type?=?13?order?by?id?desc?limit?0,10
圖中rows變?yōu)榱?8211，增長了10倍。如果使用limit 100，會發(fā)生什么？
優(yōu)化器選擇了聯(lián)合索引。初步估計是rows還會翻倍，所以優(yōu)化器放棄了主鍵索引。寧愿用聯(lián)合索引后排序，也不愿意用主鍵索引了。
為何突然出現(xiàn)異常慢查詢
問：這個查詢語句已經(jīng)在線上穩(wěn)定運(yùn)行了非常長的時間，為何這次突然出現(xiàn)了慢查詢？
答：以前的語句查詢條件返回結(jié)果都不為空，limit1很快就能找到那條數(shù)據(jù)，返回結(jié)果。而這次代碼中查詢條件實際結(jié)果為空，導(dǎo)致了掃描了全部的主鍵索引。
解決方案
知道了MySQL為何選擇這個索引的原因后，我們就可以根據(jù)上面的思路來列舉出解決辦法了。
主要有兩個大方向：
強(qiáng)制指定索引 干涉優(yōu)化器選擇
強(qiáng)制選擇索引：force index
就像上面我最開始的操作那樣，我們直接使用force index，讓語句走我們想要走的索引。
select?*?from?sample_table?force?index(idx_city_id_type)??where?(?(?(1?=?1)?and?(city_id?=?565)?)?and?(type?=?13)?)?order?by?id?desc?limit?0,?1
這樣做的優(yōu)點是見效快，問題馬上就能解決。
缺點也很明顯：
高耦合，這種語句寫在代碼里，會變得難以維護(hù)，如果索引名變化了，或者沒有這個索引了，代碼就要反復(fù)修改。屬于硬編碼。 很多代碼用框架封裝了SQL， force index()并不容易加進(jìn)去。
「我們換一種辦法，我們?nèi)ヒ龑?dǎo)優(yōu)化器選擇聯(lián)合索引?！?/strong>
干涉優(yōu)化器選擇：增大limit
通過增大limit，我們可以讓預(yù)估掃描行數(shù)快速增加，比如改成下面的limit 0, 1000
SELECT?*?FROM?sample_table?where?city_id?=?565?and?type?=?13?order?by?id?desc?LIMIT?0,1000
這樣就會走上聯(lián)合索引，然后排序，但是這樣強(qiáng)行增長limit，其實總有種面向黑盒調(diào)參的感覺。我們還有更優(yōu)美的解決方案嗎？
干涉優(yōu)化器選擇：增加包含order by id字段的聯(lián)合索引
我們這句慢查詢使用的是order by id，但是我們卻沒有在聯(lián)合索引中加入id字段，導(dǎo)致了優(yōu)化器認(rèn)為聯(lián)合索引后還要排序，干脆就不太想走這個聯(lián)合索引了。
我們可以新建city_id,type和id的聯(lián)合索引，來解決這個問題。
這樣也有一定的弊端，比如我這個表到了8000w數(shù)據(jù)，建立索引非常耗時，而且通常索引就有3.4個g，如果無限制的用索引解決問題，可能會帶來新的問題。表中的索引不宜過多。
干涉優(yōu)化器選擇：寫成子查詢
還有什么辦法？我們可以用子查詢，在子查詢里先走city_id和type的聯(lián)合索引，得到結(jié)果集后在limit1選出第一條。
但是子查詢使用有風(fēng)險，一版DBA也不建議使用子查詢，會建議大家在代碼邏輯中完成復(fù)雜的查詢。當(dāng)然我們這句并不復(fù)雜啦~
Select?*?From?sample_table?Where?id?in?(Select?id?From?`newhome_db`.`af_hot_price_region`?where?(city_id?=?565?and?type?=?13))?limit?0,?1
還有很多解決辦法...
SQL優(yōu)化是個很大的工程，我們還有非常多的辦法能夠解決這句慢查詢問題，這里就不一一展開了。留給大家做為思考題了。
總結(jié)
本文帶大家回顧了一次MySQL優(yōu)化器選錯索引導(dǎo)致的線上慢查詢事故，可以看出MySQL優(yōu)化器對于索引的選擇并不單單依靠某一個標(biāo)準(zhǔn)，而是一個綜合選擇的結(jié)果。我自己也對這方面了解不深入，還需要多多學(xué)習(xí)，爭取能夠好好的做一個索引選擇的總結(jié)（挖坑）。不說了，拿起巨厚的《高性能MySQL》,開始...
壓住我的泡面...
「最后做個文章總結(jié)：」
該慢查詢語句中使用order by id導(dǎo)致優(yōu)化器在主鍵索引和city_id和type的聯(lián)合索引中有所取舍，最終導(dǎo)致選擇了更慢的索引。 可以通過強(qiáng)制指定索引，建立包含id的聯(lián)合索引，增大limit等方式解決問題。 平時開發(fā)時，尤其是對于特大數(shù)據(jù)量的表，要注意SQL語句的規(guī)范和索引的建立，避免事故的發(fā)生。
參考
《高性能MySQL》
MySQL優(yōu)化器 limit影響的case：
https://www.cnblogs.com/xpchild/p/3878417.html
mysql中走與不走索引的情況匯集(待全量實驗)：
https://www.cnblogs.com/gxyandwmm/p/13363100.html
「MySQL ORDER BY主鍵id加LIMIT限制走錯索引：」
https://www.jianshu.com/p/caf5818eca81
【業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)】關(guān)于MySQL order by limit 走錯索引的探討：
https://segmentfault.com/a/1190000020399424
MySQL為什么有時候會選錯索引？：
https://www.cnblogs.com/a-phper/p/10313888.html
完
? ? ? ?
???覺得不錯，點個在看~
