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[大数据]mysql数据库优化(三)看这里之子查询优化和排序优化

前面我们讲过了关于mysql数据库优化的两篇文章,有兴趣的小伙伴可以去看看哦。在之前的基础上我们今天来讲一讲子查询优化以及排序优化。

目录

子查询优化

排序优化

filesort算法:双路排序和单路排序


子查询优化

MySQL从4.1版本开始支持子查询,使用子查询可以进行SELECT语句的嵌套查询,即一个SELECT查询的结 果作为另一个SELECT语句的条件。 子查询可以一次性完成很多逻辑上需要多个步骤才能完成的SQL操作 。
子查询是 MySQL 的一项重要的功能,可以帮助我们通过一个 SQL 语句实现比较复杂的查询。但是,子 查询的执行效率不高。原因:
① 执行子查询时,MySQL需要为内层查询语句的查询结果 建立一个临时表 ,然后外层查询语句从临时表 中查询记录。查询完毕后,再 撤销这些临时表 。这样会消耗过多的CPU和IO资源,产生大量的慢查询。
② 子查询的结果集存储的临时表,不论是内存临时表还是磁盘临时表都 不会存在索引 ,所以查询性能会 受到一定的影响。
③ 对于返回结果集比较大的子查询,其对查询性能的影响也就越大。
在MySQL中,可以使用连接(JOIN)查询来替代子查询。连接查询 不需要建立临时表 ,其 速度比子查询 要快 ,如果查询中使用索引的话,性能就会更好。
之前我们在数据库中建立了两张表学生表和班级表,它们表结构如下

?

举例1:查询学生表中班长的学生信息
-- 创建班级表中的班长索引
-- 语句一
ALTER TABLE `class` ADD INDEX idx_monitor(monitor)
-- 查看班级表的索引
SHOW INDEX FROM class
-- 查询学生表中的班长信息
EXPLAIN SELECT * FROM student s
WHERE s.stuno IN(
		SELECT monitor
		FROM class c
		WHERE monitor IS NOT NULL
		);

-- 推荐使用多表查询
-- 语句二
EXPLAIN SELECT 	s.* FROM student s JOIN class c
ON s.stuno=c.monitor;	

语句一分析结果如下,其多一个临时表

语句二没有临时表

?

?

结论:尽量不要使用NOT IN 或者 NOT EXISTS,用LEFT JOIN xxx ON xx WHERE xx IS NULL替代

排序优化

问题:在 WHERE 条件字段上加索引,但是为什么在 ORDER BY 字段上还要加索引呢?
回答:在mysql中,支持两种排序方式,分别是Filesort和Index排序
①Index排序中,索引可以保证数据有序性,不需要在进行排序,效率较高
②Filesort排序则一般在内存中进行排序,占用CPU较多,如果待排结果较大,会产生临时文件IO到磁盘进行排序的情况,效率较低。
优化建议
1. SQL 中,可以在 WHERE 子句和 ORDER BY 子句中使用索引,目的是在 WHERE 子句中 避免全表扫 描 ,在 ORDER BY 子句 避免使用 FileSort 排序 。当然,某些情况下全表扫描,或者 FileSort 排 序不一定比索引慢。但总的来说,我们还是要避免,以提高查询效率。
2. 尽量使用 Index 完成 ORDER BY 排序。如果 WHERE 和 ORDER BY 后面是相同的列就使用单索引列; 如果不同就使用联合索引。
3. 无法使用 Index 时,需要对 FileSort 方式进行调优。
案例:
删除掉student以及class上的所有索引
过程一:

EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student ORDER BY age,classId;

?


EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student ORDER BY age,classId LIMIT 10;

?过程二:order by时,不limit,索引失效

-- 创建索引
CREATE INDEX idx_age_classid_name ON student(age,classId,NAME);

-- 不限制,索引失效
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student ORDER BY age,classId;

?

#增加limit条件,使用上了索引
EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student ORDER BY age,classId LIMIT 10;

?过程三:order by时,顺序 错误 以及规则不一致 索引失效

-- 创建索引age classId stuno
CREATE INDEX idx_age_classid_stuno ON student(age,classId,stuno);

-- 不会使用到索引,age没有加入,与我们之前讲到的最左前缀匹配矛盾
EXPLAIN SELECT * FROM student ORDER BY classId LIMIT 10;

-- 不会使用到索引,age没有加入,与我们之前讲到的最左前缀匹配矛盾
EXPLAIN SELECT * FROM student ORDER BY classId,NAME LIMIT 10;

-- 会使用
EXPLAIN SELECT * FROM student ORDER BY age, classId,stuno LIMIT 10;

-- 不会使用,因为我们的索引都是默认的asc ,而语句中出现了desc
EXPLAIN SELECT * FROM student ORDER BY age, classId DESC,stuno LIMIT 10;

-- 会使用,虽然索引都是asc,但是我们order by中都是desc而不是只有某一个是desc
EXPLAIN SELECT * FROM student ORDER BY age DESC, classId DESC,stuno DESC LIMIT 10;

-- 会使用
EXPLAIN SELECT * FROM student ORDER BY age,classId LIMIT 10;

-- 会使用
EXPLAIN SELECT * FROM student ORDER BY age LIMIT 10;

过滤四: 无过滤,不索引

-- yes
EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE age=45 ORDER BY classId;

-- yes
EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE age=45 ORDER BY classId, NAME;

-- no
EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE classId=45 ORDER BY age;

-- yes

EXPLAIN SELECT * FROM student WHERE classId=45 ORDER BY age LIMIT 10;

小结

?实战

order by子句,尽量使用index方式排序,避免使用Filesort方式排序

执行案例前先清楚student表上的索引。

场景:查询年龄为30岁的且学生编号小于101000的学生 按用户名排序

EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE age=30 AND stuno<101000 ORDER BY NAME;

运行后的结果为

?

方案一:为了去掉Filesort我们可以建立索引

CREATE INDEX idx_age_name ON student(age,NAME);

然后

EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE age=30 AND stuno<101000 ORDER BY NAME;

看结果,我们去除了Filesort且使用了索引

且查询效率提升

?

?方案二?

CREATE INDEX idx_age_stuno_name ON student(age,stuno,NAME);


EXPLAIN SELECT SQL_NO_CACHE * FROM student WHERE age=30 AND stuno<101000 ORDER BY NAME;

?

?结果竟然有Filesort的sql运行速度超过了已经优化掉filesort的sql,而且快了很多,几乎一瞬间就出现了结果。

原因:所有的排序都是在条件过滤之后才执行的。所以,如果条件过滤掉大部分数据的话,剩下几百几千条数据进行排序其实不是很消耗性能,即使索引优化了排序,但实际提升性能有限。相对的stuno<101000这个条件,如果没有用到索引的话,要对几万条的数据进行扫描,这是非常消耗性能的,所以索引放在这个紫断殇性价比最高,是最优选择。

结论:
1. 两个索引同时存在,mysql自动选择最优的方案。(对于这个例子,mysql选择 idx_age_stuno_name)。但是, 随着数据量的变化,选择的索引也会随之变化的 。
2. 当【范围条件】和【group by 或者 order by】的字段出现二选一时,优先观察条件字段的过
滤数量,如果过滤的数据足够多,而需要排序的数据并不多时,优先把索引放在范围字段
上。反之,亦然。

filesort算法:双路排序和单路排序

排序的字段如果不再索引列上,则Filesort会有两种算法 双路排序和单路排序

双路排序 (慢)
①MySQL 4.1之前是使用双路排序 ,字面意思就是两次扫描磁盘,最终得到数据, 读取行指针和
order by列 ,对他们进行排序,然后扫描已经排序好的列表,按照列表中的值重新从列表中读取
对应的数据输出
②从磁盘取排序字段,在buffer进行排序,再从 磁盘取其他字段 。
单路排序 (快)
从磁盘读取查询需要的 所有列 ,按照order by列在buffer对它们进行排序,然后扫描排序后的列表进行输 出, 它的效率更快一些,避免了第二次读取数据。并且把随机IO变成了顺序IO,但是它会使用更多的空 间, 因为它把每一行都保存在内存中了。取一批数据,要对磁盘进行两次扫描,众所周知,IO是很耗时的,所以在mysql4.1之后,出现了第二种 改进的算法,就是单路排序。
结论及引申出的问题
由于单路是后出的,总体而言好过双路
但是用单路有问题①在sort_buffer中,单路比多路要占用很多空间,因为单路是把所有字段都取出,所以有可能取出的数据的总大小超出了sort_buffer的容量,导致每次只能取sort_buffer大小的数据进行排序,排序完再取那么容量大小,再排...从而多次IO②单路本来想升一次IO,反而导致了大量的IO操作。
优化策略
1. 尝试提高 sort_buffer_size
不管用哪种方法,提高这个参数都会提高效率,要根据系统的能力去提高,因为这个参数是针对每个进程的调整。从mysql5.7,innodb默认值为1M
2. 尝试提高 max_length_for_sort_data
提高这个参数,会增加用改进算法的概率。
但是如果设的太高数据总量超出sort_buffer_size的概率就增大,明显症状是高的磁盘IO活动和低的处理器使用率。如果需要返回的列的总长度大于max_length_for_sort_data,使用双路算法,否则使用单路
3. Order by 时select * 是一个大忌。最好只Query需要的字段。
①当query的字段大小总和小于max_length_for_sort_data而且排序字段不是text和blob类型时,会用改进后的算法--单路算法,否则使用老算法--多路算法
②两种算法的数据都是有可能超出sort_buffer_size容量,超出之后,会创建tmp文件进行合并排序,导致多次IO,但是用单路排序算法的风险更大一下,所以要提高sort_buffer_size
?

?

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加:2022-04-01 00:08:39  更:2022-04-01 00:09:57 
 
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