Explain详解与索引最佳实践

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Explain工具介绍

使用EXPLAIN关键字可以模拟优化器执行SQL语句,分析你的查询语句或是结构的性能瓶颈

在 select 语句之前增加 explain 关键字,MySQL 会在查询上设置一个标记,执行查询会返回执行计划的信息,而不是执行这条SQL

注意:如果 from 中包含子查询,仍会执行该子查询,将结果放入临时表中

Explain分析示例

参考官方文档:https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/explain-output.html

示例表:

DROP TABLE IF EXISTS `actor`; 
CREATE TABLE `actor` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `name` varchar(45) DEFAULT NULL,
  `update_time` datetime DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

INSERT INTO `actor` (`id`, `name`, `update_time`) VALUES (1,'a','2017-12-22 15:27:18'), (2,'b','2017-12-22 15:27:18'), (3,'c','2017-12-22 15:27:18');

DROP TABLE IF EXISTS `film`;
CREATE TABLE `film` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(10) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

INSERT INTO `film` (`id`, `name`) VALUES (3,'film0'),(1,'film1'),(2,'film2');

DROP TABLE IF EXISTS `film_actor`;
CREATE TABLE `film_actor` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `film_id` int(11) NOT NULL,
  `actor_id` int(11) NOT NULL,
  `remark` varchar(255) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_film_actor_id` (`film_id`,`actor_id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

INSERT INTO `film_actor` (`id`, `film_id`, `actor_id`) VALUES (1,1,1),(2,1,2),(3,2,1);

Explain简单示例

explain select * from actor;

在查询中的每个表会输出一行,如果有两个表通过 join 连接查询,那么会输出两行

explain 两个变种

explain extended:会在 explain 的基础上额外提供一些查询优化的信息。紧随其后通过 show warnings 命令可以得到优化后的查询语句,从而看出优化器优化了什么。额外还有 filtered 列,是一个半分比的值,
rows * filtered/100 可以估算出将要和 explain 中前一个表进行连接的行数(前一个表指 explain 中的id值比当前表id值小的表)。

explain extended select * from film where id = 1;

show warnings;

explain partitions:相比 explain 多了个 partitions 字段,如果查询是基于分区表的话,会显示查询将访问的分区。

explain中的列

接下来我们将展示 explain 中每个列的信息。

id列
id列的编号是 select 的序列号,有几个 select 就有几个id,并且id的顺序是按 select 出现的顺序增长的。

id列越大执行优先级越高,id相同则从上往下执行,id为NULL最后执行。

select_type列

select_type 表示对应行是简单还是复杂的查询。

simple:简单查询。查询不包含子查询和union

explain select * from film where id = 2;

img

primary:复杂查询中最外层的 select

subquery:包含在 select 中的子查询(不在 from 子句中)

derived:包含在 from 子句中的子查询。MySQL会将结果存放在一个临时表中,也称为派生表(derived的英文含义)用这个例子来了解 primary、subquery 和 derived 类型

用这个例子来了解 primary、subquery 和 derived 类型

set session optimizer_switch='derived_merge=off';   #关闭mysql5.7新特性对衍生表的合并优化
explain select (select 1 from actor where id = 1) from (select * from film where id = 1) der;

img

set session optimizer_switch='derived_merge=on';    #还原默认配置

union:在 union 中的第二个和随后的 select

explain select 1 union all select 1;

img

table列

这一列表示 explain 的一行正在访问哪个表。

当 from 子句中有子查询时,table列是 格式,表示当前查询依赖 id=N 的查询,于是先执行 id=N 的查询。

当有 union 时,UNION RESULT 的 table 列的值为,1和2表示参与 union 的 select 行id。

type列

这一列表示关联类型或访问类型,即MySQL决定如何查找表中的行,查找数据行记录的大概范围。

依次从最优到最差分别为:system > const > eq_ref > ref > range > index > ALL

一般来说,得保证查询达到range级别,最好达到ref

NULL:mysql能够在优化阶段分解查询语句,在执行阶段用不着再访问表或索引。例如:在索引列中选取最小值,可以单独查找索引来完成,不需要在执行时访问表

explain select min(id) from film;

img

const, system:mysql能对查询的某部分进行优化并将其转化成一个常量(可以看show warnings 的结果)。用于 primary key 或 unique key 的所有列与常数比较时,所以表最多有一个匹配行,读取1次,速度比较快。system是const的特例,表里只有一条元组匹配时为system

 explain extended select * from (select * from film where id = 1) tmp;

img

show warnings;

img

eq_ref:primary key 或 unique key 索引的所有部分被连接使用 ,最多只会返回一条符合条件的记录。这可能是在 const 之外最好的联接类型了,简单的 select 查询不会出现这种 type。

简单 select 查询,name是普通索引(非唯一索引)

explain select * from film where name = 'film1';

img

关联表查询,idx_film_actor_id是film_id和actor_id的联合索引,这里使用到了film_actor的左边前缀film_id部分。

explain select film_id from film left join film_actor on film.id = film_actor.film_id;

img

range:范围扫描通常出现在 in(), between ,> ,<, >= 等操作中。使用一个索引来检索给定范围的行。

explain select * from actor where id > 1;

img

index:扫描全索引就能拿到结果,一般是扫描某个二级索引,这种扫描不会从索引树根节点开始快速查找,而是直接对二级索引的叶子节点遍历和扫描,速度还是比较慢的,这种查询一般为使用覆盖索引,二级索引一般比较小,所以这种通常比ALL快一些。

explain select * from film;

img

ALL:即全表扫描,扫描你的聚簇索引的所有叶子节点。通常情况下这需要增加索引来进行优化了。

explain select * from actor;

img

possible_keys列

这一列显示查询可能使用哪些索引来查找。

explain 时可能出现 possible_keys 有列,而 key 显示 NULL 的情况,这种情况是因为表中数据不多,mysql认为索引对此查询帮助不大,选择了全表查询。

如果该列是NULL,则没有相关的索引。在这种情况下,可以通过检查 where 子句看是否可以创造一个适当的索引来提高查询性能,然后用 explain 查看效果。

key列

这一列显示mysql实际采用哪个索引来优化对该表的访问。

如果没有使用索引,则该列是 NULL。如果想强制mysql使用或忽视possible_keys列中的索引,在查询中使用 force index、ignore index。

key_len列

这一列显示了mysql在索引里使用的字节数,通过这个值可以算出具体使用了索引中的哪些列。

举例来说,film_actor的联合索引 idx_film_actor_id 由 film_id 和 actor_id 两个int列组成,并且每个int是4字节。通过结果中的key_len=4可推断出查询使用了第一个列:film_id列来执行索引查找。

explain select * from film_actor where film_id = 2;

img

key_len计算规则如下:

  • 字符串,char(n)和varchar(n),5.0.3以后版本中,n均代表字符数,而不是字节数,如果是utf-8,一个数字或字母占1个字节,一个汉字占3个字节

    • char(n):如果存汉字长度就是 3n 字节
    • varchar(n):如果存汉字则长度是 3n + 2 字节,加的2字节用来存储字符串长度,因为varchar是变长字符串
  • 数值类型

    • tinyint:1字节
    • smallint:2字节
    • int:4字节
    • bigint:8字节
  • 时间类型

    • date:3字节

    • timestamp 4字节

    • datetime 8字节

  • 如果字段允许为 NULL,需要1字节记录是否为 NULL

索引最大长度是768字节,当字符串过长时,mysql会做一个类似左前缀索引的处理,将前半部分的字符提取出来做索引。

ref列

这一列显示了在key列记录的索引中,表查找值所用到的列或常量,常见的有:const(常量),字段名(例:film.id)

rows列

这一列是mysql估计要读取并检测的行数,注意这个不是结果集里的行数。

Extra列

这一列展示的是额外信息。常见的重要值如下:

Using index:使用覆盖索引

覆盖索引定义:mysql执行计划explain结果里的key有使用索引,如果select后面查询的字段都可以从这个索引的树中获取,这种情况一般可以说是用到了覆盖索引,extra里一般都有using index;覆盖索引一般针对的是辅助索引,整个查询结果只通过辅助索引就能拿到结果,不需要通过辅助索引树找到主键,再通过主键去主键索引树里获取其它字段值

 explain select film_id from film_actor where film_id = 1;

img

Using where:使用 where 语句来处理结果,并且查询的列未被索引覆盖

explain select * from actor where name = 'a';

img

Using index condition:查询的列不完全被索引覆盖,where条件中是一个前导列的范围;

explain select * from film_actor where film_id > 1;

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Using temporary:mysql需要创建一张临时表来处理查询。出现这种情况一般是要进行优化的,首先是想到用索引来优化。

actor.name没有索引,此时创建了张临时表来distinct

explain select distinct name from actor;

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film.name建立了idx_name索引,此时查询时extra是using index,没有用临时表

explain select distinct name from film;

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Using filesort:将用外部排序而不是索引排序,数据较小时从内存排序,否则需要在磁盘完成排序。这种情况下一般也是要考虑使用索引来优化的。

actor.name未创建索引,会浏览actor整个表,保存排序关键字name和对应的id,然后排序name并检索行记录

explain select * from actor order by name;

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film.name建立了idx_name索引,此时查询时extra是using index

explain select * from film order by name;

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Select tables optimized away:使用某些聚合函数(比如 max、min)来访问存在索引的某个字段是

索引最佳实践

示例表:

CREATE TABLE `employees` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(24) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '姓名',
  `age` int(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '年龄',
  `position` varchar(20) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '职位',
  `hire_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '入职时间',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_name_age_position` (`name`,`age`,`position`) USING BTREE
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8 COMMENT='员工记录表';

INSERT INTO employees(name,age,position,hire_time) VALUES('LiLei',22,'manager',NOW());
INSERT INTO employees(name,age,position,hire_time) VALUES('HanMeimei', 23,'dev',NOW());
INSERT INTO employees(name,age,position,hire_time) VALUES('Lucy',23,'dev',NOW());

全值匹配

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= 'LiLei';

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= 'LiLei' AND age = 22;

img

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE  name= 'LiLei' AND  age = 22 AND position ='manager';

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最左前缀法则

如果索引了多列,要遵守最左前缀法则。指的是查询从索引的最左前列开始并且不跳过索引中的列。

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'Bill' and age = 31;

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age = 30 AND position = 'dev';

img

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE position = 'manager';

img

不在索引列上做任何操作(计算、函数、(自动or手动)类型转换),会导致索引失效而转向全表扫描

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei';

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE left(name,3) = 'LiLei';

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给hire_time增加一个普通索引:

ALTER TABLE `employees` ADD INDEX `idx_hire_time` (`hire_time`) USING BTREE ;
EXPLAIN  select * from employees where date(hire_time) ='2018-09-30';

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转化为日期范围查询,有可能会走索引:

EXPLAIN select * from employees where hire_time >='2018-09-30 00:00:00' and hire_time <='2018-09-30 23:59:59';

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还原最初索引状态

ALTER TABLE `employees` DROP INDEX `idx_hire_time`;

存储引擎不能使用索引中范围条件右边的列

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= 'LiLei' AND age = 22 AND position ='manager';

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= 'LiLei' AND age > 22 AND position ='manager';

img

尽量使用覆盖索引(只访问索引的查询(索引列包含查询列)),减少 select * 语句

EXPLAIN SELECT name,age FROM employees WHERE name= 'LiLei' AND age = 23 AND position ='manager';

img

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name= 'LiLei' AND age = 23 AND position ='manager';

img

mysql在使用不等于(!=或者<>),not in ,not exists 的时候无法使用索引会导致全表扫描

< 小于、 > 大于、 <=、>= 这些,mysql内部优化器会根据检索比例、表大小等多个因素整体评估是否使用索引

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name != 'LiLei';

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is null,is not null 一般情况下也无法使用索引

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name is null

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like以通配符开头(‘$abc…’)mysql索引失效会变成全表扫描操作

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name like '%Lei'

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name like 'Lei%'

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问题:解决like’%字符串%'索引不被使用的方法

a)使用覆盖索引,查询字段必须是建立覆盖索引字段

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b) 如果不能使用覆盖索引则可能需要借助搜索引擎

字符串不加单引号索引失效

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = '1000';

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EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 1000;

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少用or或in,用它查询时,mysql不一定使用索引,mysql内部优化器会根据检索比例、表大小等多个因素整体评估是否使用索引,详见范围查询优化

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' or name = 'HanMeimei';

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范围查询优化

给年龄添加单值索引

ALTER TABLE `employees` ADD INDEX `idx_age` (`age`) USING BTREE ;
explain select * from employees where age >=1 and age <=2000;

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还原最初索引状态

ALTER TABLE `employees` DROP INDEX `idx_age`;

索引使用总结

img

  • like KK%相当于=常量,%KK和%KK% 相当于范围
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