Day809.MySQL调优之SQL语句 -Java 性能调优实战

Posted 2022-12-12 阿昌喜欢吃黄桃

mysql调优之SQL语句

Hi，我是阿昌，今天学习记录的是关于MySQL调优之SQL语句。

MySQL 数据库是互联网公司使用最为频繁的数据库之一，不仅仅因为它开源免费，MySQL 卓越的性能、稳定的服务以及活跃的社区都成就了它的核心竞争力。应用服务与数据库的交互主要是通过 SQL 语句来实现的。

在开发初期，我们更加关注的是使用 SQL 实现业务功能，然而系统上线后，随着生产环境数据的快速增长，之前写的很多 SQL 语句就开始暴露出性能问题。在这个阶段中，应该尽量避免一些慢 SQL 语句的实现。但话说回来，SQL 语句慢的原因千千万，除了一些常规的慢 SQL 语句可以直接规避，其它的一味去规避也不是办法，还要学会如何去分析、定位到其根本原因，并总结一些常用的 SQL 调优方法，以备不时之需。

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一、慢 SQL 语句的几种常见诱因

1、无索引、索引失效导致慢查询

如果在一张几千万数据的表中以一个没有索引的列作为查询条件，大部分情况下查询会非常耗时，这种查询毫无疑问是一个慢 SQL 查询。

所以对于大数据量的查询，需要建立适合的索引来优化查询。虽然很多时候建立了索引，但在一些特定的场景下，索引还有可能会失效，所以索引失效也是导致慢查询的主要原因之一。

2、锁等待

常用的存储引擎有 InnoDB 和 MyISAM，前者支持行锁和表锁，后者只支持表锁。

如果数据库操作是基于表锁实现的，试想下，如果一张订单表在更新时，需要锁住整张表，那么其它大量数据库操作（包括查询）都将处于等待状态，这将严重影响到系统的并发性能。

这时，InnoDB 存储引擎支持的行锁更适合高并发场景。但在使用 InnoDB 存储引擎时，我们要特别注意行锁升级为表锁的可能。在批量更新操作时，行锁就很可能会升级为表锁。

MySQL 认为如果对一张表使用大量行锁，会导致事务执行效率下降，从而可能造成其它事务长时间锁等待和更多的锁冲突问题发生，致使性能严重下降，所以 MySQL 会将行锁升级为表锁。

行锁是基于索引加的锁，如果在更新操作时，条件索引失效，那么行锁也会升级为表锁。因此，基于表锁的数据库操作，会导致 SQL 阻塞等待，从而影响执行速度。

在一些更新操作（insert\\update\\delete）大于或等于读操作的情况下，MySQL 不建议使用 MyISAM 存储引擎。

除了锁升级之外，行锁相对表锁来说，虽然粒度更细，并发能力提升了，但也带来了新的问题，那就是死锁。因此，在使用行锁时，要注意避免死锁。

3、不恰当的 SQL 语句

使用不恰当的 SQL 语句也是慢 SQL 最常见的诱因之一。

例如，习惯使用 SQL 语句，在大数据表中使用 分页查询，以及对非索引字段进行排序等等。

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二、优化 SQL 语句的步骤

通常，在执行一条 SQL 语句时，要想知道这个 SQL 先后查询了哪些表，是否使用了索引，这些数据从哪里获取到，获取到数据遍历了多少行数据等等，可以通过 EXPLAIN 命令来查看这些执行信息。这些执行信息被统称为执行计划。

1、通过 EXPLAIN 分析 SQL 执行计划

假设现在使用 EXPLAIN 命令查看当前 SQL 是否使用了索引，先通过 SQL EXPLAIN 导出相应的执行计划如下：

下面对图示中的每一个字段进行一个说明。

• id：每个执行计划都有一个 id，如果是一个联合查询，这里还将有多个 id。
• select_type：表示 SELECT 查询类型，常见的有 SIMPLE（普通查询，即没有联合查询、子查询）、PRIMARY（主查询）、UNION（UNION 中后面的查询）、SUBQUERY（子查询）等。
• table：当前执行计划查询的表，如果给表起别名了，则显示别名信息。
• partitions：访问的分区表信息。
• type：表示从表中查询到行所执行的方式，查询方式是 SQL 优化中一个很重要的指标，结果值从好到差依次是：system > const > eq_ref > ref > range > index > ALL。
  

  • system/const：表中只有一行数据匹配，此时根据索引查询一次就能找到对应的数据。
    

  • eq_ref：使用唯一索引扫描，常见于多表连接中使用主键和唯一索引作为关联条件。
    

  • ref：非唯一索引扫描，还可见于唯一索引最左原则匹配扫描。
    

  • range：索引范围扫描，比如，<，>，between 等操作。
    

  • index：索引全表扫描，此时遍历整个索引树。
    

  • ALL：表示全表扫描，需要遍历全表来找到对应的行。

• possible_keys：可能使用到的索引。
• key：实际使用到的索引。
• key_len：当前使用的索引的长度。
• ref：关联 id 等信息。
• rows：查找到记录所扫描的行数。
• filtered：查找到所需记录占总扫描记录数的比例。
• Extra：额外的信息。

2、通过 Show Profile 分析 SQL 执行性能

上述通过 EXPLAIN 分析执行计划，仅仅是停留在分析 SQL 的外部的执行情况，如果想要深入到 MySQL 内核中，从执行线程的状态和时间来分析的话，这个时候就可以选择 Profile。

Profile 除了可以分析执行线程的状态和时间，还支持进一步选择 ALL、CPU、MEMORY、BLOCK IO、CONTEXT SWITCHES 等类型来查询 SQL 语句在不同系统资源上所消耗的时间。

以下是相关命令的注释：

SHOW PROFILE [type [, type] ... ]
[FOR QUERY n]
[LIMIT row_count [OFFSET offset]]

type参数：
| ALL：显示所有开销信息
| BLOCK IO：阻塞的输入输出次数
| CONTEXT SWITCHES：上下文切换相关开销信息
| CPU：显示CPU的相关开销信息 
| IPC：接收和发送消息的相关开销信息
| MEMORY ：显示内存相关的开销，目前无用
| PAGE FAULTS ：显示页面错误相关开销信息
| SOURCE ：列出相应操作对应的函数名及其在源码中的调用位置(行数) 
| SWAPS：显示swap交换次数的相关开销信息

值得注意的是，MySQL 是在 5.0.37 版本之后才支持 Show Profile 功能的，如果不太确定的话，可以通过 select @@have_profiling 查询是否支持该功能，如下图所示：

最新的 MySQL 版本是默认开启 Show Profile 功能的，但在之前的旧版本中是默认关闭该功能的，可以通过 set 语句在 Session 级别开启该功能：

Show Profiles 只显示最近发给服务器的 SQL 语句，默认情况下是记录最近已执行的 15 条记录，我们可以重新设置 profiling_history_size 增大该存储记录，最大值为 100。

获取到 Query_ID 之后，我们再通过 Show Profile for Query ID 语句，就能够查看到对应 Query_ID 的 SQL 语句在执行过程中线程的每个状态所消耗的时间了：

通过以上分析可知：

SELECT COUNT(*) FROM order; SQL 语句在 Sending data 状态所消耗的时间最长，这是因为在该状态下，MySQL 线程开始读取数据并返回到客户端，此时有大量磁盘 I/O 操作。

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三、常用的 SQL 优化

在使用一些常规的 SQL 时，如果通过一些方法和技巧来优化这些 SQL 的实现，在性能上就会比使用常规通用的实现方式更加优越，甚至可以将 SQL 语句的性能提升到另一个数量级。

1、优化分页查询

通常使用 + 合适的 order by 来实现分页查询，这种实现方式在没有任何索引条件支持的情况下，需要做大量的文件排序操作（file sort），性能将会非常得糟糕。

如果有对应的索引，通常刚开始的分页查询效率会比较理想，但越往后，分页查询的性能就越差。这是因为我们在使用 LIMIT 的时候，偏移量 M 在分页越靠后的时候，值就越大，数据库检索的数据也就越多。例如 LIMIT 10000,10 这样的查询，数据库需要查询 10010 条记录，最后返回 10 条记录。也就是说将会有 10000 条记录被查询出来没有被使用到。我们模拟一张 10 万数量级的 order 表，进行以下分页查询：

select * from `demo`.`order` order by order_no limit 10000, 20;

通过 EXPLAIN 分析可知：

该查询使用到了索引，扫描行数为 10020 行，但所用查询时间为 0.018s，相对来说时间偏长了。

利用子查询优化分页查询:

以上分页查询的问题在于，查询获取的 10020 行数据结果都返回给我们了，能否先查询出所需要的 20 行数据中的最小 ID 值，然后通过偏移量返回所需要的 20 行数据给我们呢？我们可以通过索引覆盖扫描，使用子查询的方式来实现分页查询：

select * from `demo`.`order` where id> (select id from `demo`.`order` order by order_no limit 10000, 1)  limit 20;

通过 EXPLAIN 分析可知：

子查询遍历索引的范围跟上一个查询差不多，而主查询扫描了更多的行数，但执行时间却减少了，只有 0.004s。

这就是因为返回行数只有 20 行了，执行效率得到了明显的提升。

2、优化 SELECT COUNT(*)

COUNT() 是一个聚合函数，主要用来统计行数，有时候也用来统计某一列的行数量（不统计 NULL 值的行）。

平时最常用的就是 COUNT( * ) 和 COUNT(1) 这两种方式了，其实两者没有明显的区别，在拥有主键的情况下，它们都是利用主键列实现了行数的统计。

但 COUNT() 函数在 MyISAM 和 InnoDB 存储引擎所执行的原理是不一样的，通常在没有任何查询条件下的 COUNT(*)，MyISAM 的查询速度要明显快于 InnoDB。这是因为 MyISAM 存储引擎记录的是整个表的行数，在 COUNT( * ) 查询操作时无需遍历表计算，直接获取该值即可。

而在 InnoDB 存储引擎中就需要扫描表来统计具体的行数。而当带上 where 条件语句之后，MyISAM 跟 InnoDB 就没有区别了，都需要扫描表来进行行数的统计。

如果对一张大表经常做 SELECT COUNT(*) 操作，这肯定是不明智的。那么我们该如何对大表的 COUNT() 进行优化呢？

• 使用近似值
  有时候某些业务场景并不需要返回一个精确的 COUNT 值，此时可以使用近似值来代替。可以使用 EXPLAIN 对表进行估算，要知道，执行 EXPLAIN 并不会真正去执行查询，而是返回一个估算的近似值。
• 增加汇总统计
  如果需要一个精确的 COUNT 值，可以额外新增一个汇总统计表或者缓存字段来统计需要的 COUNT 值，这种方式在新增和删除时有一定的成本，但却可以大大提升 COUNT() 的性能。

3、优化 SELECT *

很多习惯在只查询一两个字段时，都使用 select * from table where xxx 这样的 SQL 语句，这种写法在特定的环境下会存在一定的性能损耗。

MySQL 常用的存储引擎有 MyISAM 和 InnoDB，其中 InnoDB 在默认创建主键时会创建主键索引，而主键索引属于聚簇索引，即在存储数据时，索引是基于 B + 树构成的，具体的行数据则存储在叶子节点。

MyISAM 默认创建的主键索引、二级索引以及 InnoDB 的二级索引都属于非聚簇索引，即在存储数据时，索引是基于 B + 树构成的，而叶子节点存储的是主键值。假设我们的订单表是基于 InnoDB 存储引擎创建的，且存在 order_no、status 两列组成的组合索引。

此时，需要根据订单号查询一张订单表的 status，如果使用 select * from order where order_no='xxx’来查询，则先会查询组合索引，通过组合索引获取到主键 ID，再通过主键 ID 去主键索引中获取对应行所有列的值。

如果使用 select order_no, status from order where order_no='xxx’来查询，则只会查询组合索引，通过组合索引获取到对应的 order_no 和 status 的值。

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四、总结

在开发中，要尽量写出高性能的 SQL 语句，但也无法避免一些慢 SQL 语句的出现，或因为疏漏，或因为实际生产环境与开发环境有所区别，这些都是诱因。

面对这种情况，可以打开慢 SQL 配置项，记录下都有哪些 SQL 超过了预期的最大执行时间。

首先，可以通过以下命令行查询是否开启了记录慢 SQL 的功能，以及最大的执行时间是多少：

Show variables like 'slow_query%';
Show variables like 'long_query_time';

如果没有开启，可以通过以下设置来开启：

set global slow_query_log='ON'; //开启慢SQL日志
set global slow_query_log_file='/var/lib/mysql/test-slow.log';//记录日志地址
set global long_query_time=1;//最大执行时间

除此之外，很多数据库连接池中间件也有分析慢 SQL 的功能。

总之，要在编程中避免低性能的 SQL 操作出现，除了要具备一些常用的 SQL 优化技巧之外，还要充分利用一些 SQL 工具，实现 SQL 性能分析与监控。

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假设有一张订单表 order，主要包含了主键订单编码 order_no、订单状态 status、提交时间 create_time 等列，并且创建了 status 列索引和 create_time 列索引。
此时通过创建时间降序获取状态为 1 的订单编码，以下是具体实现代码：
知道其中的问题所在吗？又该如何优化？

select order_no from order where status =1 order by create_time desc

status和create_time单独建索引，在查询时只会遍历status索引对数据进行过滤，不会用到create_time列索引，将符合条件的数据返回到server层，在server对数据通过快排算法进行排序，Extra列会出现file sort；

应该利用索引的有序性，在status和create_time列建立联合索引，这样根据status过滤后的数据就是按照create_time排好序的，避免在server层排序

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