MYSQL 四、mysql进阶 8（索引优化与查询优化）

都有哪些维度可以进行数据库调优？简言之：

索引失效、没有充分利用到索引——建立索引
关联查询太多JOIN（设计缺陷或不得已的需求）——SQL优化
服务器调优及各个参数设置（缓冲、线程数等）——调整my.cnf
数据过多——分库分表

关于数据库调优的知识非常分散。不同的DBMS，不同的公司，不同的职位，不同的项目遇到的问题都不尽相同。这里我们分为三个章节进行细致讲解。

虽然SQL查询优化的技术有很多，但是大方向上完全可以分成物理查询优化和逻辑查询优化两大块。

物理查询优化是通过索引和表连接方式等技术来进行优化，这里重点需要掌握索引的使用。
逻辑查询优化就是通过SQL等价变换提升查询效率，直白一点就是说，换一种查询写法效率可能更高。

一、数据准备

学员表插 50万条，班级表插 1万条。

CREATE DATABASE atguigudb2;
USE atguigudb2;

#步骤1：建表
CREATE TABLE `class` (
    `id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    `className` VARCHAR(30) DEFAULT NULL,
    `address` VARCHAR(40) DEFAULT NULL,
    `monitor` INT NULL ,
    PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

CREATE TABLE `student` (
    `id` INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    `stuno` INT NOT NULL ,
    `name` VARCHAR(20) DEFAULT NULL,
    `age` INT(3) DEFAULT NULL,
    `classId` INT(11) DEFAULT NULL,
    PRIMARY KEY (`id`)
    #CONSTRAINT `fk_class_id` FOREIGN KEY (`classId`) REFERENCES `t_class` (`id`)
) ENGINE=INNODB AUTO_INCREMENT=1 DEFAULT CHARSET=utf8;

# 步骤2：设置参数

命令开启：允许创建函数设置：

set global log_bin_trust_function_creators=1; # 不加global只是当前窗口有效。

步骤3：创建函数

保证每条数据都不同。

#随机产生字符串
DELIMITER //
CREATE FUNCTION rand_string(n INT) RETURNS VARCHAR(255)
BEGIN
DECLARE chars_str VARCHAR(100) DEFAULT
'abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFJHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ';
DECLARE return_str VARCHAR(255) DEFAULT '';
DECLARE i INT DEFAULT 0;
WHILE i < n DO
SET return_str =CONCAT(return_str,SUBSTRING(chars_str,FLOOR(1+RAND()*52),1));
SET i = i + 1;
END WHILE;
RETURN return_str;
END //
DELIMITER ;
#假如要删除
#drop function rand_string;

随机产生班级编号

#用于随机产生多少到多少的编号
DELIMITER //
CREATE FUNCTION rand_num (from_num INT ,to_num INT) RETURNS INT(11)
BEGIN
DECLARE i INT DEFAULT 0;
SET i = FLOOR(from_num +RAND()*(to_num - from_num+1)) ;
RETURN i;
END //
DELIMITER ;
#假如要删除
#drop function rand_num;

#步骤4：创建存储过程

#创建往stu表中插入数据的存储过程
DELIMITER //
CREATE PROCEDURE insert_stu( START INT , max_num INT )
BEGIN
DECLARE i INT DEFAULT 0;
SET autocommit = 0; #设置手动提交事务
REPEAT #循环
SET i = i + 1; #赋值
INSERT INTO student (stuno, name ,age ,classId ) VALUES
((START+i),rand_string(6),rand_num(1,50),rand_num(1,1000));
UNTIL i = max_num
END REPEAT;
COMMIT; #提交事务
END //
DELIMITER ;
#假如要删除
#drop PROCEDURE insert_stu;

创建往class表中插入数据的存储过程

#执行存储过程，往class表添加随机数据
DELIMITER //
CREATE PROCEDURE `insert_class`( max_num INT )
BEGIN
DECLARE i INT DEFAULT 0;
SET autocommit = 0;
REPEAT
SET i = i + 1;
INSERT INTO class ( classname,address,monitor ) VALUES
(rand_string(8),rand_string(10),rand_num(1,100000));
UNTIL i = max_num
END REPEAT;
COMMIT;
END //
DELIMITER ;
#假如要删除
#drop PROCEDURE insert_class;

步骤5：调用存储过程

class

#执行存储过程，往class表添加1万条数据
CALL insert_class(10000);

stu

#执行存储过程，往stu表添加50万条数据
CALL insert_stu(100000,500000);

步骤6：删除某表上的索引

创建存储过程

DELIMITER //
CREATE PROCEDURE `proc_drop_index`(dbname VARCHAR(200),tablename VARCHAR(200))
BEGIN
        DECLARE done INT DEFAULT 0;
        DECLARE ct INT DEFAULT 0;
        DECLARE _index VARCHAR(200) DEFAULT '';
        DECLARE _cur CURSOR FOR SELECT index_name FROM
information_schema.STATISTICS WHERE table_schema=dbname AND table_name=tablename AND
seq_in_index=1 AND index_name <>'PRIMARY' ;
#每个游标必须使用不同的declare continue handler for not found set done=1来控制游标的结束
		DECLARE CONTINUE HANDLER FOR NOT FOUND set done=2 ;
#若没有数据返回,程序继续,并将变量done设为2
        OPEN _cur;
        FETCH _cur INTO _index;
        WHILE _index<>'' DO
            SET @str = CONCAT("drop index " , _index , " on " , tablename );
            PREPARE sql_str FROM @str ;
            EXECUTE sql_str;
            DEALLOCATE PREPARE sql_str;
            SET _index='';
            FETCH _cur INTO _index;
        END WHILE;
    CLOSE _cur;
END //
DELIMITER ;

执行存储过程

CALL proc_drop_index("dbname","tablename");

二、索引失效案例：

Mysql中提高性能的一个最有效的方式是对数据表设计合理的索引，索引提高了高校访问数据的方法，并且加快查询的速度，因此索引对查询的速度有着至关重要的影响。

使用索引可以快速定位表中的某条记录，从而提高数据库查询的速度，提高数据库的性能。
如果查询时没有使用索引，查询语句就会扫描表中的所有记录，在数据量打的情况下，这样查询的速度会很慢。

大多数情况下都采用B+树来构建索引，只是空间列类型的索引使用R-树，并且MEMORY还支持hash索引。

其实用不用索引，最终都是优化器说了算，优化器是基于 cost开销，他不是基于规则，也不是基于语义，怎么样开销小就怎么来，另外，sql语句是否使用索引，跟数据库版本，数据量，数据选择度都有关系。

2.1 全值匹配我最爱

系统中经常出现的sql语句如下：

EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE age=30;
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE age=30 AND classId=4;
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE age=30 AND classId=4 AND name = 'abcd';

建立索引前执行：（关注执行时间）

mysql> SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE age=30 AND classId=4 AND name = 'abcd';
Empty set, 1 warning (0.28 sec)

建立索引

CREATE INDEX idx_age ON student(age);
CREATE INDEX idx_age_classid ON student(age,classId);
CREATE INDEX idx_age_classid_name ON student(age,classId,name);

建立索引后执行：

mysql> SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE age=30 AND classId=4 AND name = 'abcd';
Empty set, 1 warning (0.01 sec)

可以看到，创建索引前的查询时间时0.28s,创建索引后的查询时间是0.01s,索引帮助我们极大的提高了查询效率。

2.2 最佳左前缀法则

在MySQL建立联合索引时会遵守最佳左前缀原则，即最左优先，在检索数据时从联合索引的最左边开始匹配。

举例1：
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE student.age=30 AND student.name = 'abcd';        
举例2：
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE student.classId=1 AND student.name = 'abcd';
举例3：索引idx_age_classid_name还能否正常使用？
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE student.classId=4 AND student.age=30 AND student.name = 'abcd';
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。
mysql> EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE student.age=30 AND student.name = 'abcd';
虽然可以正常使用，但是只有部分被使用到了。
mysql> EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE student.classId=1 AND student.name = 'abcd';
完全没有使用上索引。
结论：MySQL可以为多个字段创建索引，一个索引可以包含16个字段。对于多列索引，过滤条件要使用索引必须按照索引建立时的顺序，依次满足，一旦跳过某个字段，索引后面的字段都无法被使用。如果查询条件中没有用这些字段中第一个字段时，多列（或联合）索引不会被使用。

拓展：Alibaba《Java开发手册》

索引文件具有 B-Tree 的最左前缀匹配特性，如果左边的值未确定，那么无法使用此索引。

2.3 主键插入顺序

对于一个使用InnoDB存储引擎的表来说，在我们没有显式的创建索引时，表中的数据实际上都是存储在聚簇索引的子节点的，而记录又是存储在数据页中的，数据页和记录又是按照记录主键值从小到大的顺序进行排序，所以如果我们插入的记录的主键值是以此增大的话，那我们每插满一个数据页就换到下一个数据页继续插，而如果我们插入的主键值忽大忽小的话，就比较麻烦了，假设某个数据页存储的记录已经满了，他存储的主键值在1-100之间。

        如果此时再插入一条主键值为 9 的记录，那它插入的位置就如下图：

        可这个数据页已经满了，再插进来咋办呢？我们需要把当前 页面分裂 成两个页面，把本页中的一些记录移动到新创建的这个页中。页面分裂和记录移位意味着什么？意味着： 性能损耗 ！所以如果我们想尽量避免这样无谓的性能损耗，最好让插入的记录的 主键值依次递增 ，这样就不会发生这样的性能损耗了。所以我们建议：让主键具有 AUTO_INCREMENT ，让存储引擎自己为表生成主键，而不是我们手动插入，比如： person_info 表：

CREATE TABLE person_info(
    id INT UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(100) NOT NULL,
    birthday DATE NOT NULL,
    phone_number CHAR(11) NOT NULL,
    country varchar(100) NOT NULL,
    PRIMARY KEY (id),
    KEY idx_name_birthday_phone_number (name(10), birthday, phone_number)
);

我们自定义的主键列 id 拥有 AUTO_INCREMENT 属性，在插入记录时存储引擎会自动为我们填入自增的主键值。这样的主键占用空间小，顺序写入，减少页分裂。

2.4 计算、函数、类型转换(自动或手动)导致索引失效

1.这两条sql哪种写法更好

EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE student.name LIKE 'abc%';
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE LEFT(student.name,3) = 'abc';

2.创建索引

CREATE INDEX idx_name ON student(NAME);

3.第一种：索引优化生效

 mysql> EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE student.name LIKE 'abc%';  mysql> SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE student.name LIKE 'abc%';
+---------+---------+--------+------+---------+
| id | stuno | name | age | classId |
+---------+---------+--------+------+---------+
| 5301379 | 1233401 | AbCHEa | 164 | 259 |
| 7170042 | 3102064 | ABcHeB | 199 | 161 |
| 1901614 | 1833636 | ABcHeC | 226 | 275 |
| 5195021 | 1127043 | abchEC | 486 | 72 |
| 4047089 | 3810031 | AbCHFd | 268 | 210 |
| 4917074 | 849096 | ABcHfD | 264 | 442 |
| 1540859 | 141979 | abchFF | 119 | 140 |
| 5121801 | 1053823 | AbCHFg | 412 | 327 |
| 2441254 | 2373276 | abchFJ | 170 | 362 |
| 7039146 | 2971168 | ABcHgI | 502 | 465 |
| 1636826 | 1580286 | ABcHgK | 71 | 262 |
| 374344 | 474345 | abchHL | 367 | 212 |
| 1596534 | 169191 | AbCHHl | 102 | 146 |
...
| 5266837 | 1198859 | abclXe | 292 | 298 |
| 8126968 | 4058990 | aBClxE | 316 | 150 |
| 4298305 | 399962 | AbCLXF | 72 | 423 |
| 5813628 | 1745650 | aBClxF | 356 | 323 |
| 6980448 | 2912470 | AbCLXF | 107 | 78 |
| 7881979 | 3814001 | AbCLXF | 89 | 497 |
| 4955576 | 887598 | ABcLxg | 121 | 385 |
| 3653460 | 3585482 | AbCLXJ | 130 | 174 |
| 1231990 | 1283439 | AbCLYH | 189 | 429 |
| 6110615 | 2042637 | ABcLyh | 157 | 40 |
+---------+---------+--------+------+---------+
401 rows in set, 1 warning (0.01 sec)

4.第二种：索引优化失效

mysql> EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE LEFT(student.name,3) = 'abc';

mysql> SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE LEFT(student.name,3) = 'abc';
+---------+---------+--------+------+---------+
| id | stuno | name | age | classId |
+---------+---------+--------+------+---------+
| 5301379 | 1233401 | AbCHEa | 164 | 259 |
| 7170042 | 3102064 | ABcHeB | 199 | 161 |
| 1901614 | 1833636 | ABcHeC | 226 | 275 |
| 5195021 | 1127043 | abchEC | 486 | 72 |
| 4047089 | 3810031 | AbCHFd | 268 | 210 |
| 4917074 | 849096 | ABcHfD | 264 | 442 |
| 1540859 | 141979 | abchFF | 119 | 140 |
| 5121801 | 1053823 | AbCHFg | 412 | 327 |
| 2441254 | 2373276 | abchFJ | 170 | 362 |
| 7039146 | 2971168 | ABcHgI | 502 | 465 |
| 1636826 | 1580286 | ABcHgK | 71 | 262 |
| 374344 | 474345 | abchHL | 367 | 212 |
| 1596534 | 169191 | AbCHHl | 102 | 146 |
...
| 5266837 | 1198859 | abclXe | 292 | 298 |
| 8126968 | 4058990 | aBClxE | 316 | 150 |
| 4298305 | 399962 | AbCLXF | 72 | 423 |
| 5813628 | 1745650 | aBClxF | 356 | 323 |
| 6980448 | 2912470 | AbCLXF | 107 | 78 |
| 7881979 | 3814001 | AbCLXF | 89 | 497 |
| 4955576 | 887598 | ABcLxg | 121 | 385 |
| 3653460 | 3585482 | AbCLXJ | 130 | 174 |
| 1231990 | 1283439 | AbCLYH | 189 | 429 |
| 6110615 | 2042637 | ABcLyh | 157 | 40 |
+---------+---------+--------+------+---------+
401 rows in set, 1 warning (3.62 sec)

type为“ALL”，表示没有使用到索引，查询时间为 3.62 秒，查询效率较之前低很多。

再举例：

student表的字段stuno上设置有索引
```
CREATE INDEX idx_sno ON student(stuno);
```

索引优化失效：（假设：student表的字段stuno上设置有索引）

EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE id, stuno, NAME FROM student WHERE stuno+1 = 900001;

运行结果：

索引优化生效：

EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE id, stuno, NAME FROM student WHERE stuno = 900000;

再举例：

student表的字段name上设置有索引

CREATE INDEX idx_name ON student(NAME);
EXPLAIN SELECT id, stuno, name FROM student WHERE SUBSTRING(name, 1,3)='abc';

索引优化生效

EXPLAIN SELECT id, stuno, NAME FROM student WHERE NAME LIKE 'abc%';