工作效率up | 千万级数据库的性能优化秘诀

Posted 2021-04-29 爱数据原统计网

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今天我们来谈一下在实践中如何优化mysql。

实践中，MySQL的优化主要涉及SQL语句及索引的优化、数据表结构的优化、系统配置的优化、硬件的优化4个方面，如下图所示：

SQL语句及索引的优化

1.SQL语句优化

SQL语句的优化主要包括三个问题，即如何发现有问题的SQL、如何分析SQL的执行计划以及如何优化SQL，下面将逐一解释。

（1）怎么发现有问题的SQL?（通过MySQL慢查询日志对有效率问题的SQL进行监控）

MySQL的慢查询日志是MySQL提供的一种日志记录，它用来记录在MySQL中响应时间超过阀值的语句，具体指运行时间超过long_query_time值的SQL，则会被记录到慢查询日志中。

long_query_time的默认值为10，意思是运行10s以上的语句。慢查询日志的相关参数如下所示：

通过MySQL的慢查询日志，我们可以查询出执行次数多、占用时间长的SQL、可以通过pt_query_disgest(一种mysql慢日志分析工具)分析Rows examine(MySQL执行器需要检查的行数)项去找出IO大的SQL以及发现未命中索引的SQL，对于这些SQL，都是我们优化的对象。

（2）通过explain查询和分析SQL的执行计划

使用 EXPLAIN 关键字可以知道MySQL是如何处理你的SQL语句的，以便分析查询语句或是表结构的性能瓶颈。通过explain命令可以得到表的读取顺序、数据读取操作的操作类型、哪些索引可以使用、哪些索引被实际使用、表之间的引用以及每张表有多少行被优化器查询等问题。当扩展列extra出现Using filesort和Using temporay，则往往表示SQL需要优化了。

（3）优化insert语句：一次插入多值

• 应尽量避免在 where 子句中使用!=或<>操作符，否则将引擎放弃使用索引而进行全表扫描。

• 应尽量避免在 where 子句中对字段进行null值判断，否则将导致引擎放弃使用索引而进行全表扫描。

优化嵌套查询：子查询可以被更有效率的连接(Join)替代，很多时候用 exists 代替 in 是一个好的选择。

2.索引优化

建议在经常作查询选择的字段、经常作表连接的字段以及经常出现在order by、group by、distinct 后面的字段中建立索引。

但必须注意以下几种可能会引起索引失效的情形：

• 以“%(表示任意0个或多个字符)”开头的LIKE语句，模糊匹配。

• OR语句前后没有同时使用索引。

• 数据类型出现隐式转化（如varchar不加单引号的话可能会自动转换为int型）。

• 对于多列索引，必须满足最左匹配原则(eg,多列索引col1、col2和col3，则 索引生效的情形包括col1或col1，col2或col1，col2，col3)。

数据库表结构的优化

数据库表结构的优化包括选择合适数据类型、表的范式的优化、表的垂直拆分和表的水平拆分等手段。

选择合适数据类型：

• 使用较小的数据类型解决问题。

• 使用简单的数据类型(mysql处理int要比varchar容易)。

• 尽可能的使用not null 定义字段。

• 尽量避免使用text类型，非用不可时最好考虑分表。

1.表的范式的优化

一般情况下，表的设计应该遵循三大范式。

• 表的垂直拆分

把含有多个列的表拆分成多个表，解决表宽度问题。具体包括以下几种拆分手段：

• 把不常用的字段单独放在同一个表中。

• 把大字段独立放入一个表中。

• 把经常使用的字段放在一起。

这样做的好处是非常明显的，具体包括：拆分后业务清晰，拆分规则明确、系统之间整合或扩展容易、数据维护简单。

• 表的水平拆分

表的水平拆分用于解决数据表中数据过大的问题，水平拆分每一个表的结构都是完全一致的。一般地，将数据平分到N张表中的常用方法包括以下两种：

• 对ID进行hash运算，如果要拆分成5个表，mod(id,5)取出0~4个值。

• 针对不同的hashID将数据存入不同的表中。

表的水平拆分会带来一些问题和挑战，包括跨分区表的数据查询、统计及后台报表的操作等问题，但也带来了一些切实的好处：

• 表分割后可以降低在查询时需要读的数据和索引的页数，同时也降低了索引的层数，提高查询速度。

• 表中的数据本来就有独立性，例如表中分别记录各个地区的数据或不同时期的数据，特别是有些数据常用，而另外一些数据不常用。

• 需要把数据存放到多个数据库中，提高系统的总体可用性(分库，鸡蛋不能放在同一个篮子里)。

系统配置的优化

操作系统配置的优化：增加TCP支持的队列数

mysql配置文件优化：Innodb缓存池设置(innodb_buffer_pool_size，推荐总内存的75%)和缓存池的个数（innodb_buffer_pool_instances）

硬件的优化

CPU：核心数多并且主频高的 内存：增大内存 磁盘配置和选择：磁盘性能。

MySQL中的悲观锁与乐观锁的实现

悲观锁与乐观锁是两种常见的资源并发锁设计思路，也是并发编程中一个非常基础的概念。

1.悲观锁

悲观锁的特点是先获取锁，再进行业务操作，即“悲观”的认为所有的操作均会导致并发安全问题，因此要先确保获取锁成功再进行业务操作。通常来讲，在数据库上的悲观锁需要数据库本身提供支持，即通过常用的select … for update操作来实现悲观锁。

当数据库执行select … for update时会获取被select中的数据行的行锁，因此其他并发执行的select … for update如果试图选中同一行则会发生排斥（需要等待行锁被释放），因此达到锁的效果。select for update获取的行锁会在当前事务结束时自动释放，因此必须在事务中使用。 

这里需要特别注意的是，不同的数据库对select… for update的实现和支持都是有所区别的，例如oracle支持select for update no wait，表示如果拿不到锁立刻报错，而不是等待，mysql就没有no wait这个选项。另外，mysql还有个问题是: select… for update语句执行中所有扫描过的行都会被锁上，这一点很容易造成问题。因此，如果在mysql中用悲观锁务必要确定使用了索引，而不是全表扫描。

2.乐观锁

乐观锁的特点先进行业务操作，只在最后实际更新数据时进行检查数据是否被更新过，若未被更新过，则更新成功；否则，失败重试。乐观锁在数据库上的实现完全是逻辑的，不需要数据库提供特殊的支持。一般的做法是在需要锁的数据上增加一个版本号或者时间戳，然后按照如下方式实现：

SELECT data AS old_data, version AS old_version FROM …;//根据获取的数据进行业务操作，得到new_data和new_versionUPDATE SET data = new_data, version = new_version WHERE version = old_versionif (updated row > 0) {// 乐观锁获取成功，操作完成} else {// 乐观锁获取失败，回滚并重试}

乐观锁是否在事务中其实都是无所谓的，其底层机制是这样：在数据库内部update同一行的时候是不允许并发的，即数据库每次执行一条update语句时会获取被update行的写锁，直到这一行被成功更新后才释放。因此在业务操作进行前获取需要锁的数据的当前版本号，然后实际更新数据时再次对比版本号确认与之前获取的相同，并更新版本号，即可确认这其间没有发生并发的修改。如果更新失败，即可认为老版本的数据已经被并发修改掉而不存在了，此时认为获取锁失败，需要回滚整个业务操作并可根据需要重试整个过程。

3.悲观锁与乐观锁的应用场景

一般情况下，读多写少更适合用乐观锁，读少写多更适合用悲观锁。乐观锁在不发生取锁失败的情况下开销比悲观锁小，但是一旦发生失败回滚开销则比较大，因此适合用在取锁失败概率比较小的场景，可以提升系统并发性能。

MySQL存储引擎的MyISAM和InnoDB区别详解

在MySQL 5.5之前，MyISAM是mysql的默认数据库引擎，其由早期的ISAM（Indexed Sequential Access Method：有索引的顺序访问方法）所改良。虽然MyISAM性能极佳，但却有一个显著的缺点：不支持事务处理。不过，MySQL也导入了另一种数据库引擎InnoDB，以强化参考完整性与并发违规处理机制，后来就逐渐取代MyISAM。

InnoDB是MySQL的数据库引擎之一，其由Innobase oy公司所开发，2006年五月由甲骨文公司并购。与传统的ISAM、MyISAM相比，InnoDB的最大特色就是支持ACID兼容的事务功能，类似于PostgreSQL。目前InnoDB采用双轨制授权，一是GPL授权，另一是专有软件授权。具体地，MyISAM与InnoDB作为MySQL的两大存储引擎的差异主要包括：

• 存储结构：每个MyISAM在磁盘上存储成三个文件：第一个文件的名字以表的名字开始，扩展名指出文件类型。.frm文件存储表定义，数据文件的扩展名为.MYD (MYData)，索引文件的扩展名是.MYI (MYIndex)。InnoDB所有的表都保存在同一个数据文件中（也可能是多个文件，或者是独立的表空间文件），InnoDB表的大小只受限于操作系统文件的大小，一般为2GB。

• 存储空间：MyISAM可被压缩，占据的存储空间较小，支持静态表、动态表、压缩表三种不同的存储格式。InnoDB需要更多的内存和存储，它会在主内存中建立其专用的缓冲池用于高速缓冲数据和索引。

• 可移植性、备份及恢复：MyISAM的数据是以文件的形式存储，所以在跨平台的数据转移中会很方便，同时在备份和恢复时也可单独针对某个表进行操作。InnoDB免费的方案可以是拷贝数据文件、备份 binlog，或者用 mysqldump，在数据量达到几十G的时候就相对痛苦了。

• 事务支持：MyISAM强调的是性能，每次查询具有原子性，其执行速度比InnoDB类型更快，但是不提供事务支持。InnoDB提供事务、外键等高级数据库功能，具有事务提交、回滚和崩溃修复能力。

• AUTO_INCREMENT：在MyISAM中，可以和其他字段一起建立联合索引。引擎的自动增长列必须是索引，如果是组合索引，自动增长可以不是第一列，它可以根据前面几列进行排序后递增。InnoDB中必须包含只有该字段的索引，并且引擎的自动增长列必须是索引，如果是组合索引也必须是组合索引的第一列。

• 表锁差异：MyISAM只支持表级锁，用户在操作MyISAM表时，select、update、delete和insert语句都会给表自动加锁，如果加锁以后的表满足insert并发的情况下，可以在表的尾部插入新的数据。InnoDB支持事务和行级锁。行锁大幅度提高了多用户并发操作的性能，但是InnoDB的行锁，只是在WHERE的主键是有效的，非主键的WHERE都会锁全表的。

• 全文索引：MyISAM支持 FULLTEXT类型的全文索引；InnoDB不支持FULLTEXT类型的全文索引，但是innodb可以使用sphinx插件支持全文索引，并且效果更好。

• 表的具体行数：MyISAM保存表的总行数，select count() from table;会直接取出出该值；而InnoDB没有保存表的总行数，如果使用select count() from table；就会遍历整个表，消耗相当大，但是在加了wehre条件后，myisam和innodb处理的方式都一样。

• CURD操作：在MyISAM中，如果执行大量的SELECT，MyISAM是更好的选择。对于InnoDB，如果你的数据执行大量的INSERT或UPDATE，出于性能方面的考虑，应该使用InnoDB表。DELETE从性能上InnoDB更优，但DELETE FROM table时，InnoDB不会重新建立表，而是一行一行的删除，在innodb上如果要清空保存有大量数据的表，最好使用truncate table这个命令。

• 外键：MyISAM不支持外键，而InnoDB支持外键。

通过上述的分析，基本上可以考虑使用InnoDB来替代MyISAM引擎了，原因是InnoDB自身很多良好的特点，比如事务支持、存储过程、视图、行级锁、外键等等。尤其在并发很多的情况下，相信InnoDB的表现肯定要比MyISAM强很多。

另外，必须需要注意的是，任何一种表都不是万能的，合适的才是最好的，才能最大的发挥MySQL的性能优势。如果是不复杂的、非关键的Web应用，还是可以继续考虑MyISAM的，这个具体情况具体考虑。

• MyISAM：不支持事务，不支持外键，表锁；插入数据时锁定整个表，查行数时无需整表扫描。主索引数据文件和索引文件分离；与主索引无区别。

• InnoDB：支持事务，外键，行锁，查表总行数时，全表扫描。主索引的数据文件本身就是索引文件；辅助索引记录主键的值。

MySQL锁类型

根据锁的类型分，可以分为共享锁，排他锁，意向共享锁和意向排他锁。

根据锁的粒度分，又可以分为行锁，表锁。

对于mysql而言，事务机制更多是靠底层的存储引擎来实现，因此，mysql层面只有表锁，而支持事务的innodb存 储引擎则实现了行锁(记录锁（在行相应的索引记录上的锁）)，gap锁（是在索引记录间歇上的锁），next-key锁（是记录锁和在此索引记录之前的gap上的锁的结合）。

Mysql的记录锁实质是索引记录的锁，因为innodb是索引组织表；gap锁是索引记录间隙的锁，这种锁只在RR隔离级别下有效；next-key锁是记录锁加上记录之前gap锁的组合。mysql通过gap锁和next-key锁实现RR隔离级别。

说明： 对于更新操作(读不上锁)，只有走索引才可能上行锁；否则会对聚簇索引的每一行上写锁，实际等同于对表上写锁。若多个物理记录对应同一个索引，若同时访问，也会出现锁冲突。

当表有多个索引时，不同事务可以用不同的索引锁住不同的行，另外innodb会同时用行锁对数据记录(聚簇索引)加锁。

MVCC(多版本并发控制)并发控制机制下，任何操作都不会阻塞读操作，读操作也不会阻塞任何操作，只因为读不上锁。

• 共享锁：由读表操作加上的锁，加锁后其他用户只能获取该表或行的共享锁，不能获取排它锁，也就是说只能读不能写

• 排它锁：由写表操作加上的锁，加锁后其他用户不能获取该表或行的任何锁，典型是mysql事务中的更新操作。

• 意向共享锁（IS）：事务打算给数据行加行共享锁，事务在给一个数据行加共享锁前必须先取得该表的IS锁。

• 意向排他锁（IX）：事务打算给数据行加行排他锁，事务在给一个数据行加排他锁前必须先取得该表的IX锁。

数据库死锁概念

多数情况下，可以认为如果一个资源被锁定，它总会在以后某个时间被释放。而死锁发生在当多个进程访问同一数据库时，其中每个进程拥有的锁都是其他进程所需的，由此造成每个进程都无法继续下去。简单的说，进程A等待进程B释放他的资源，B又等待A释放他的资源，这样就互相等待就形成死锁。

虽然进程在运行过程中，可能发生死锁，但死锁的发生也必须具备一定的条件，死锁的发生必须具备以下四个必要条件：

• 互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。

• 请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。

• 不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。 

• 环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，•••，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。

下列方法有助于最大限度地降低死锁：

• 按同一顺序访问对象。

• 避免事务中的用户交互。

• 保持事务简短并在一个批处理中。

• 使用低隔离级别。

• 使用绑定连接。

End.

来源：简书

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