【MySql】11- 实践篇(九)-Toy模板网

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1. 大查询是否会把数据库内存打爆?

主机内存只有 100G，现在要对一个 200G 的大表做全表扫描，会不会把数据库主机的内存用光了？

1.1 全表扫描对 server 层的影响

现在要对一个 200G 的 InnoDB 表 db1. t，执行一个全表扫描。当然，你要把扫描结果保存在客户端，会使用类似这样的命令：

mysql -h$host -P$port -u$user -p$pwd -e "select * from db1.t" > $target_file

InnoDB 的数据是保存在主键索引上的，所以全表扫描实际上是直接扫描表 t 的主键索引。
这条查询语句由于没有其他的判断条件，所以查到的每一行都可以直接放到结果集里面，然后返回给客户端。

实际上，服务端并不需要保存一个完整的结果集。取数据和发数据的流程是这样的：

获取一行，写到 net_buffer 中。这块内存的大小是由参数 net_buffer_length 定义的，默认是 16k。
重复获取行，直到 net_buffer 写满，调用网络接口发出去。
如果发送成功，就清空 net_buffer，然后继续取下一行，并写入 net_buffer。
如果发送函数返回 EAGAIN 或 WSAEWOULDBLOCK，就表示本地网络栈（socket send buffer）写满了，进入等待。直到网络栈重新可写，再继续发送。

过程对应的流程图如下所示

图 1 查询结果发送流程
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这个流程中:

一个查询在发送过程中，占用的 MySQL 内部的内存最大就是 net_buffer_length 这么大，并不会达到 200G；
socket send buffer 也不可能达到 200G（默认定义 /proc/sys/net/core/wmem_default），如果 socket send buffer 被写满，就会暂停读数据的流程。

也就是说，MySQL 是“边读边发的”， 这就意味着，如果客户端接收得慢，会导致 MySQL 服务端由于结果发不出去，这个事务的执行时间变长。

比如下面这个状态，就是故意让客户端不去读 socket receive buffer 中的内容，然后在服务端 show processlist 看到的结果。

图 2 服务端发送阻塞
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看到 State 的值一直处于Sending to client就表示服务器端的网络栈写满了。

如果客户端使用–quick 参数，会使用 mysql_use_result 方法。这个方法是读一行处理一行。你可以想象一下，假设有一个业务的逻辑比较复杂，每读一行数据以后要处理的逻辑如果很慢，就会导致客户端要过很久才会去取下一行数据，可能就会出现如图 2 所示的这种情况。

因此，对于正常的线上业务来说，如果一个查询的返回结果不会很多的话，都建议使用 mysql_store_result 这个接口，直接把查询结果保存到本地内存。

在自己负责维护的 MySQL 里看到很多个线程都处于“Sending to client”这个状态，就意味着要让业务开发同学优化查询结果，并评估这么多的返回结果是否合理。

如果要快速减少处于这个状态的线程的话，将 net_buffer_length 参数设置为一个更大的值是一个可选方案。

Sending data状态
维护的实例上看到很多查询语句的状态是“Sending data”，但查看网络也没什么问题啊，为什么 Sending data 要这么久？
实际上，一个查询语句的状态变化是这样的（注意：这里，略去了其他无关的状态）：

MySQL 查询语句进入执行阶段后，首先把状态设置成“Sending data”；
然后，发送执行结果的列相关的信息（meta data) 给客户端；
再继续执行语句的流程；
执行完成后，把状态设置成空字符串。

Sending data”并不一定是指“正在发送数据”，而可能是处于执行器过程中的任意阶段。

也就是说，仅当一个线程处于“等待客户端接收结果”的状态，才会显示"Sending to client"；而如果显示成“Sending data”，它的意思只是“正在执行”。

查询的结果是分段发给客户端的，因此扫描全表，查询返回大量的数据，并不会把内存打爆。

1.2 全表扫描对 InnoDB 的影响

InnoDB 内存的一个作用，是保存更新的结果，再配合 redo log，就避免了随机写盘。

内存的数据页是在 Buffer Pool (BP) 中管理的，在 WAL 里 Buffer Pool 起到了加速更新的作用。而实际上，Buffer Pool 还有一个更重要的作用，就是加速查询。

由于有 WAL 机制，当事务提交的时候，磁盘上的数据页是旧的，那如果这时候马上有一个查询要来读这个数据页，是不是要马上把 redo log 应用到数据页呢？

不需要。因为这时候内存数据页的结果是最新的，直接读内存页就可以了。这时候查询根本不需要读磁盘，直接从内存拿结果，速度是很快的。所以说，Buffer Pool 还有加速查询的作用。

Buffer Pool 对查询的加速效果，依赖于一个重要的指标，即：内存命中率

可以在 show engine innodb status 结果中，查看一个系统当前的 BP 命中率。一般情况下，一个稳定服务的线上系统，要保证响应时间符合要求的话，内存命中率要在 99% 以上。

执行 show engine innodb status ，可以看到“Buffer pool hit rate”字样，显示的就是当前的命中率。比如图 5 这个命中率，就是 99.0%。

图 5 show engine innodb status 显示内存命中率
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InnoDB Buffer Pool 的大小是由参数 innodb_buffer_pool_size 确定的，一般建议设置成可用物理内存的 60%~80%。

Innodb_buffer_pool_size 小于磁盘的数据量是很常见的。如果一个 Buffer Pool 满了，而又要从磁盘读入一个数据页，那肯定是要淘汰一个旧数据页的。
InnoDB 内存管理用的是最近最少使用 (Least Recently Used, LRU) 算法，这个算法的核心就是淘汰最久未使用的数据。

LRU 算法的基本模型

图 6 基本 LRU 算法
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InnoDB 管理 Buffer Pool 的 LRU 算法，是用链表来实现的。

在图 6 的状态 1 里，链表头部是 P1，表示 P1 是最近刚刚被访问过的数据页；假设内存里只能放下这么多数据页；
这时候有一个读请求访问 P3，因此变成状态 2，P3 被移到最前面；
状态 3 表示，这次访问的数据页是不存在于链表中的，所以需要在 Buffer Pool 中新申请一个数据页 Px，加到链表头部。但是由于内存已经满了，不能申请新的内存。于是，会清空链表末尾 Pm 这个数据页的内存，存入 Px 的内容，然后放到链表头部。
从效果上看，就是最久没有被访问的数据页 Pm，被淘汰了。

假设按照这个算法，要扫描一个 200G 的表，而这个表是一个历史数据表，平时没有业务访问它。

按照这个算法扫描的话，就会把当前的 Buffer Pool 里的数据全部淘汰掉，存入扫描过程中访问到的数据页的内容。也就是说 Buffer Pool 里面主要放的是这个历史数据表的数据。对于一个正在做业务服务的库，这可不妙。可以看到，Buffer Pool 的内存命中率急剧下降，磁盘压力增加，SQL 语句响应变慢。

所以，InnoDB 不能直接使用这个 LRU 算法。实际上，InnoDB 对 LRU 算法做了改进。

图 7 改进的 LRU 算法
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在 InnoDB 实现上，按照 5:3 的比例把整个 LRU 链表分成了 young 区域和 old 区域。图中 LRU_old 指向的就是 old 区域的第一个位置，是整个链表的 5/8 处。也就是说，靠近链表头部的 5/8 是 young 区域，靠近链表尾部的 3/8 是 old 区域。

改进后的 LRU 算法执行流程:

图 7 中状态 1，要访问数据页 P3，由于 P3 在 young 区域，因此和优化前的 LRU 算法一样，将其移到链表头部，变成状态 2。
之后要访问一个新的不存在于当前链表的数据页，这时候依然是淘汰掉数据页 Pm，但是新插入的数据页 Px，是放在 LRU_old 处。
处于 old 区域的数据页，每次被访问的时候都要做下面这个判断：

若这个数据页在 LRU 链表中存在的时间超过了 1 秒，就把它移动到链表头部；
如果这个数据页在 LRU 链表中存在的时间短于 1 秒，位置保持不变。1 秒这个时间，是由参数 innodb_old_blocks_time 控制的。其默认值是 1000，单位毫秒。

这个策略，就是为了处理类似全表扫描的操作量身定制的。还是以刚刚的扫描 200G 的历史数据表为例，看看改进后的 LRU 算法的操作逻辑：

扫描过程中，需要新插入的数据页，都被放到 old 区域 ;
一个数据页里面有多条记录，这个数据页会被多次访问到，但由于是顺序扫描，这个数据页第一次被访问和最后一次被访问的时间间隔不会超过 1 秒，因此还是会被保留在 old 区域；
再继续扫描后续的数据，之前的这个数据页之后也不会再被访问到，于是始终没有机会移到链表头部（也就是 young 区域），很快就会被淘汰出去。

这个策略最大的收益，就是在扫描这个大表的过程中，虽然也用到了 Buffer Pool，但是对 young 区域完全没有影响，从而保证了 Buffer Pool 响应正常业务的查询命中率。

思考
如果客户端由于压力过大，迟迟不能接收数据，会对服务端造成什么严重的影响。

这个问题的核心是，造成了“长事务”。
至于长事务的影响，就要结合我们前面文章中提到的锁、MVCC 的知识点了。

如果前面的语句有更新，意味着它们在占用着行锁，会导致别的语句更新被锁住；

当然读的事务也有问题，就是会导致 undo log 不能被回收，导致回滚段空间膨胀。

2. 可不可以使用join?

于 join 语句使用的问题，一般会集中在以下两类：

DBA 不让使用 join，使用 join 有什么问题呢？
如果有两个大小不同的表做 join，应该用哪个表做驱动表呢？

创建两个表 t1 和 t2

CREATE TABLE `t2` (
  `id` int(11) NOT NULL,
  `a` int(11) DEFAULT NULL,
  `b` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `a` (`a`)
) ENGINE=InnoDB;

drop procedure idata;
delimiter ;;
create procedure idata()
begin
  declare i int;
  set i=1;
  while(i<=1000)do
    insert into t2 values(i, i, i);
    set i=i+1;
  end while;
end;;
delimiter ;
call idata();

create table t1 like t2;
insert into t1 (select * from t2 where id<=100)

两个表都有一个主键索引 id 和一个索引 a，字段 b 上无索引。存储过程 idata() 往表 t2 里插入了 1000 行数据，在表 t1 里插入的是 100 行数据。

2.1 Index Nested-Loop Join

select * from t1 straight_join t2 on (t1.a=t2.a);

如果直接使用 join 语句，MySQL 优化器可能会选择表 t1 或 t2 作为驱动表，这样会影响分析 SQL 语句的执行过程。
所以，为了便于分析执行过程中的性能问题，我改用 straight_join 让 MySQL 使用固定的连接方式执行查询，这样优化器只会按照指定的方式去 join。在这个语句里，t1 是驱动表，t2 是被驱动表。

explain 结果

图 1 使用索引字段 join 的 explain 结果
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可以看到，在这条语句里，被驱动表 t2 的字段 a 上有索引，join 过程用上了这个索引，因此这个语句的执行流程是这样的：

从表 t1 中读入一行数据 R；
从数据行 R 中，取出 a 字段到表 t2 里去查找；
取出表 t2 中满足条件的行，跟 R 组成一行，作为结果集的一部分；
重复执行步骤 1 到 3，直到表 t1 的末尾循环结束。

这个过程是先遍历表 t1，然后根据从表 t1 中取出的每行数据中的 a 值，去表 t2 中查找满足条件的记录。
这个过程就跟写程序时的嵌套查询类似，并且可以用上被驱动表的索引，所以我们称之为“Index Nested-Loop Join”，简称 NLJ。

流程图如下所示：

图 2 Index Nested-Loop Join 算法的执行流程
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在这个流程里：

对驱动表 t1 做了全表扫描，这个过程需要扫描 100 行；
而对于每一行 R，根据 a 字段去表 t2 查找，走的是树搜索过程。由于我们构造的数据都是一一对应的，因此每次的搜索过程都只扫描一行，也是总共扫描 100 行；
所以，整个执行流程，总扫描行数是 200。

第一个问题：能不能使用 join?
假设不使用 join，那就只能用单表查询。

看看上面这条语句的需求，用单表查询怎么实现。

执行select * from t1，查出表 t1 的所有数据，这里有 100 行；
循环遍历这 100 行数据：

从每一行 R 取出字段 a 的值 $R.a；
执行select * from t2 where a=$R.a；
把返回的结果和 R 构成结果集的一行。

可以看到，在这个查询过程，也是扫描了 200 行，但是总共执行了 101 条语句，比直接 join 多了 100 次交互。除此之外，客户端还要自己拼接 SQL 语句和结果。

显然，这么做还不如直接 join 好。

第二个问题：怎么选择驱动表？
在这个 join 语句执行过程中，驱动表是走全表扫描，而被驱动表是走树搜索。

假设被驱动表的行数是 M。每次在被驱动表查一行数据，要先搜索索引 a，再搜索主键索引。每次搜索一棵树近似复杂度是以 2 为底的 M 的对数，记为 log2M，所以在被驱动表上查一行的时间复杂度是 2*log2M。

假设驱动表的行数是 N，执行过程就要扫描驱动表 N 行，然后对于每一行，到被驱动表上匹配一次。

因此整个执行过程，近似复杂度是 N + N * 2 * log2M。

显然，N 对扫描行数的影响更大，因此应该让小表来做驱动表。

小结一下，通过上面的分析我们得到了两个结论：

使用 join 语句，性能比强行拆成多个单表执行 SQL 语句的性能要好；
如果使用 join 语句的话，需要让小表做驱动表。

这个结论的前提是“可以使用被驱动表的索引”

再看看被驱动表用不上索引的情况。

2.2 Simple Nested-Loop Join

select * from t1 straight_join t2 on (t1.a=t2.b);

由于表 t2 的字段 b 上没有索引，因此再用图 2 的执行流程时，每次到 t2 去匹配的时候，就要做一次全表扫描。

继续使用图 2 的算法，是不是可以得到正确的结果呢？如果只看结果的话，这个算法是正确的，而且这个算法也有一个名字，叫做“Simple Nested-Loop Join”。

但是，这样算来，这个 SQL 请求就要扫描表 t2 多达 100 次，总共扫描 1001000=10 万行。*

MySQL 也没有使用这个 Simple Nested-Loop Join 算法，而是使用了另一个叫作“Block Nested-Loop Join”的算法，简称 BNL。

2.3 Block Nested-Loop Join

这时候，被驱动表上没有可用的索引，算法的流程是这样的：

把表 t1 的数据读入线程内存 join_buffer 中，由于我们这个语句中写的是 select *，因此是把整个表 t1 放入了内存；
扫描表 t2，把表 t2 中的每一行取出来，跟 join_buffer 中的数据做对比，满足 join 条件的，作为结果集的一部分返回。

流程图如下：
图 3 Block Nested-Loop Join 算法的执行流程
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库
explain 结果如下所示：

图 4 不使用索引字段 join 的 explain 结果
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在这个过程中，对表 t1 和 t2 都做了一次全表扫描，因此总的扫描行数是 1100。
由于 join_buffer 是以无序数组的方式组织的，因此对表 t2 中的每一行，都要做 100 次判断，总共需要在内存中做的判断次数是：100*1000=10 万次。

前面说过，如果使用 Simple Nested-Loop Join 算法进行查询，扫描行数也是 10 万行。因此，从时间复杂度上来说，这两个算法是一样的。但是，Block Nested-Loop Join 算法的这 10 万次判断是内存操作，速度上会快很多，性能也更好。

假设小表的行数是 N，大表的行数是 M，那么在这个算法里：

两个表都做一次全表扫描，所以总的扫描行数是 M+N；
内存中的判断次数是 M*N。

可以看到，调换这两个算式中的 M 和 N 没差别，因此这时候选择大表还是小表做驱动表，执行耗时是一样的。

要是表 t1 是一个大表，join_buffer 放不下怎么办呢？join_buffer 的大小是由参数 join_buffer_size 设定的，默认值是 256k。如果放不下表 t1 的所有数据话，策略很简单，就是分段放。

把 join_buffer_size 改成 1200，再执行：

select * from t1 straight_join t2 on (t1.a=t2.b);

执行过程就变成了：

扫描表 t1，顺序读取数据行放入 join_buffer 中，放完第 88 行 join_buffer 满了，继续第 2 步；
扫描表 t2，把 t2 中的每一行取出来，跟 join_buffer 中的数据做对比，满足 join 条件的，作为结果集的一部分返回；
清空 join_buffer；
继续扫描表 t1，顺序读取最后的 12 行数据放入 join_buffer 中，继续执行第 2 步。

执行流程图也就变成这样：
图 5 Block Nested-Loop Join – 两段
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图中的步骤 4 和 5，表示清空 join_buffer 再复用。

可以看到，这时候由于表 t1 被分成了两次放入 join_buffer 中，导致表 t2 会被扫描两次。虽然分成两次放入 join_buffer，但是判断等值条件的次数还是不变的，依然是 (88+12)*1000=10 万次。

驱动表的选择问题
假设，驱动表的数据行数是 N，需要分 K 段才能完成算法流程，被驱动表的数据行数是 M。注意，这里的 K 不是常数，N 越大 K 就会越大，因此把 K 表示为λ*N，显然λ的取值范围是 (0,1)。

在这个算法的执行过程中：

扫描行数是 N+λNM；
内存判断 N*M 次。

显然，内存判断次数是不受选择哪个表作为驱动表影响的。而考虑到扫描行数，在 M 和 N 大小确定的情况下，N 小一些，整个算式的结果会更小。

所以结论是，应该让小表当驱动表。

在 N+λNM 这个式子里，λ才是影响扫描行数的关键因素，这个值越小越好。

N 越大，分段数 K 越大。那么，N 固定的时候，什么参数会影响 K 的大小呢？（也就是λ的大小）答案是 join_buffer_size。
join_buffer_size 越大，一次可以放入的行越多，分成的段数也就越少，对被驱动表的全表扫描次数就越少。

再来试着回答文章开头的两个问题。

第一个问题：能不能使用 join 语句？

如果可以使用 Index Nested-Loop Join 算法，也就是说可以用上被驱动表上的索引，其实是没问题的；

如果使用 Block Nested-Loop Join 算法，扫描行数就会过多。尤其是在大表上的 join 操作，这样可能要扫描被驱动表很多次，会占用大量的系统资源。所以这种 join 尽量不要用。

所以在判断要不要使用 join 语句时，就是看 explain 结果里面，Extra 字段里面有没有出现“Block Nested Loop”字样。

第二个问题是：如果要使用 join，应该选择大表做驱动表还是选择小表做驱动表？

如果是 Index Nested-Loop Join 算法，应该选择小表做驱动表；
如果是 Block Nested-Loop Join 算法：

在 join_buffer_size 足够大的时候，是一样的；
在 join_buffer_size 不够大的时候（这种情况更常见），应该选择小表做驱动表。

所以，这个问题的结论就是，总是应该使用小表做驱动表。

什么叫作“小表”?
如果我在语句的 where 条件加上 t2.id<=50 这个限定条件，再来看下这两条语句：

select * from t1 straight_join t2 on (t1.b=t2.b) where t2.id<=50;
select * from t2 straight_join t1 on (t1.b=t2.b) where t2.id<=50;

为了让两条语句的被驱动表都用不上索引，所以 join 字段都使用了没有索引的字段 b。

但如果是用第二个语句的话，join_buffer 只需要放入 t2 的前 50 行，显然是更好的。所以这里，“t2 的前 50 行”是那个相对小的表，也就是“小表”。

另外一组例子：

select t1.b,t2.* from  t1  straight_join t2 on (t1.b=t2.b) where t2.id<=100;
select t1.b,t2.* from  t2  straight_join t1 on (t1.b=t2.b) where t2.id<=100;

这个例子中，表 t1 和 t2 都是只有 100 行参加 join。但是，这两条语句每次查询放入 join_buffer 中的数据是不一样的：

表 t1 只查字段 b，因此如果把 t1 放到 join_buffer 中，则 join_buffer 中只需要放入 b 的值；
表 t2 需要查所有的字段，因此如果把表 t2 放到 join_buffer 中的话，就需要放入三个字段 id、a 和 b。

这里，应该选择表 t1 作为驱动表。也就是说在这个例子里，“只需要一列参与 join 的表 t1”是那个相对小的表。

所以，更准确地说，在决定哪个表做驱动表的时候，应该是两个表按照各自的条件过滤，过滤完成之后，计算参与 join 的各个字段的总数据量，数据量小的那个表，就是“小表”，应该作为驱动表。

2.4 Simple Nested Loop Join 的性能问题

BNL 算法和 Simple Nested Loop Join 算法都是要判断 M*N 次（M 和 N 分别是 join 的两个表的行数），但是 Simple Nested Loop Join 算法的每轮判断都要走全表扫描，因此性能上 BNL 算法执行起来会快很多。

BNL 算法的执行逻辑是：

首先，将驱动表的数据全部读入内存 join_buffer 中，这里 join_buffer 是无序数组；
然后，顺序遍历被驱动表的所有行，每一行数据都跟 join_buffer 中的数据进行匹配，匹配成功则作为结果集的一部分返回。

Simple Nested Loop Join 算法的执行逻辑是：
顺序取出驱动表中的每一行数据，到被驱动表去做全表扫描匹配，匹配成功则作为结果集的一部分返回。

Simple Nested Loop Join 算法，其实也是把数据读到内存里，然后按照匹配条件进行判断，为什么性能差距会这么大呢？

这个问题，需要用到MySQL 中索引结构和 Buffer Pool 的相关知识点：

在对被驱动表做全表扫描的时候，如果数据没有在 Buffer Pool 中，就需要等待这部分数据从磁盘读入；
从磁盘读入数据到内存中，会影响正常业务的 Buffer Pool 命中率，而且这个算法天然会对被驱动表的数据做多次访问，更容易将这些数据页放到 Buffer Pool 的头部
即使被驱动表数据都在内存中，每次查找“下一个记录的操作”，都是类似指针操作。而 join_buffer 中是数组，遍历的成本更低。

所以说，BNL 算法的性能会更好。

小结
3. 如果可以使用被驱动表的索引，join 语句还是有其优势的；
4. 不能使用被驱动表的索引，只能使用 Block Nested-Loop Join 算法，这样的语句就尽量不要使用；
5. 在使用 join 的时候，应该让小表做驱动表。

思考
如果被驱动表是一个大表，并且是一个冷数据表，除了查询过程中可能会导致 IO 压力大以外，你觉得对这个 MySQL 服务还有什么更严重的影响吗？

使用 BNL 算法的 join 语句，多次扫描一个冷表，而且这个语句执行时间超过 1 秒，就会在再次扫描冷表的时候，把冷表的数据页移到 LRU 链表头部。
这种情况对应的，是冷表的数据量小于整个 Buffer Pool 的 3/8，能够完全放入 old 区域的情况。如果这个冷表很大，就会出现另外一种情况：业务正常访问的数据页，没有机会进入 young 区域。由于优化机制的存在，一个正常访问的数据页，要进入 young 区域，需要隔 1 秒后再次被访问到。但是，由于我们的 join 语句在循环读磁盘和淘汰内存页，进入 old 区域的数据页，很可能在 1 秒之内就被淘汰了。这样，就会导致这个 MySQL 实例的 Buffer Pool 在这段时间内，young 区域的数据页没有被合理地淘汰。
两种情况都会影响 Buffer Pool 的正常运作。

3. join语句怎么优化?

创建两个表 t1、t2

create table t1(id int primary key, a int, b int, index(a));
create table t2 like t1;
drop procedure idata;
delimiter ;;
create procedure idata()
begin
  declare i int;
  set i=1;
  while(i<=1000)do
    insert into t1 values(i, 1001-i, i);
    set i=i+1;
  end while;
  
  set i=1;
  while(i<=1000000)do
    insert into t2 values(i, i, i);
    set i=i+1;
  end while;

end;;
delimiter ;
call idata();

在表 t1 里，插入了 1000 行数据，每一行的 a=1001-id 的值。
也就是说，表 t1 中字段 a 是逆序的。同时，我在表 t2 中插入了 100 万行数据。

3.1 Multi-Range Read 优化

Multi-Range Read 优化 (MRR)。这个优化的主要目的是尽量使用顺序读盘。

回表是指，InnoDB 在普通索引 a 上查到主键 id 的值后，再根据一个个主键 id 的值到主键索引上去查整行数据的过程。

先来看看这个问题。假设，执行这个语句：

select * from t1 where a>=1 and a<=100;

主键索引是一棵 B+ 树，在这棵树上，每次只能根据一个主键 id 查到一行数据。
因此，回表肯定是一行行搜索主键索引的
基本流程如图 1 所示。
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库

如果随着 a 的值递增顺序查询的话，id 的值就变成随机的，那么就会出现随机访问，性能相对较差。
虽然“按行查”这个机制不能改，但是调整查询的顺序，还是能够加速的。

因为大多数的数据都是按照主键递增顺序插入得到的，所以我们可以认为，如果按照主键的递增顺序查询的话，对磁盘的读比较接近顺序读，能够提升读性能。这就是 MRR 优化的设计思路。

语句的执行流程变成了这样：

根据索引 a，定位到满足条件的记录，将 id 值放入 read_rnd_buffer 中 ;
将 read_rnd_buffer 中的 id 进行递增排序；
排序后的 id 数组，依次到主键 id 索引中查记录，并作为结果返回。

这里，read_rnd_buffer 的大小是由 read_rnd_buffer_size 参数控制的。

如果步骤 1 中，read_rnd_buffer 放满了，就会先执行完步骤 2 和 3，然后清空 read_rnd_buffer。之后继续找索引 a 的下个记录，并继续循环。

如果想要稳定地使用 MRR 优化的话，需要设置set optimizer_switch=“mrr_cost_based=off”。

官方文档的说法，是现在的优化器策略，判断消耗的时候，会更倾向于不使用 MRR，把 mrr_cost_based 设置为 off，就是固定使用 MRR 了。

下面两幅图就是使用了 MRR 优化后的执行流程和 explain 结果:

图 2 MRR 执行流程
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库

图 3 MRR 执行流程的 explain 结果【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库
explain 结果中，我们可以看到 Extra 字段多了 Using MRR，表示的是用上了 MRR 优化。

而且，由于在 read_rnd_buffer 中按照 id 做了排序，所以最后得到的结果集也是按照主键 id 递增顺序的，也就是与图 1 结果集中行的顺序相反。

MRR 能够提升性能的核心在于，这条查询语句在索引 a 上做的是一个范围查询（也就是说，这是一个多值查询），可以得到足够多的主键 id。这样通过排序以后，再去主键索引查数据，才能体现出“顺序性”的优势。

3.2 Batched Key Access

Batched Key Access(BKA) 算法。这个 BKA 算法，其实就是对 NLJ 算法的优化。

NLJ 算法的流程图：

图 4 Index Nested-Loop Join 流程图
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库
NLJ 算法执行的逻辑是：
从驱动表 t1，一行行地取出 a 的值，再到被驱动表 t2 去做 join。也就是说，对于表 t2 来说，每次都是匹配一个值。这时，MRR 的优势就用不上了。

既然如此，就把表 t1 的数据取出来一部分，先放到一个临时内存。这个临时内存不是别人，就是 join_buffer。

join_buffer 在 BNL 算法里的作用，是暂存驱动表的数据。但是在 NLJ 算法里并没有用。那么，刚好就可以复用 join_buffer 到 BKA 算法中。

如图 5 所示，是上面的 NLJ 算法优化后的 BKA 算法的流程。

图 5 Batched Key Access 流程
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库

图中，在 join_buffer 中放入的数据是 P1-P100，表示的是只会取查询需要的字段。
当然，如果 join buffer 放不下 P1~P100 的所有数据，就会把这 100 行数据分成多段执行上图的流程。

启用BKA 算法

需要在执行 SQL 语句之前，先设置
set optimizer_switch=‘mrr=on,mrr_cost_based=off,batched_key_access=on’;
其中，前两个参数的作用是要启用 MRR。这么做的原因是，BKA 算法的优化要依赖于 MRR。

3.3 BNL 算法的性能问题

InnoDB 的 LRU 算法的时候提到，由于 InnoDB 对 Bufffer Pool 的 LRU 算法做了优化，即：第一次从磁盘读入内存的数据页，会先放在 old 区域。
如果 1 秒之后这个数据页不再被访问了，就不会被移动到 LRU 链表头部，这样对 Buffer Pool 的命中率影响就不大。

但是，如果一个使用 BNL 算法的 join 语句，多次扫描一个冷表，而且这个语句执行时间超过 1 秒，就会在再次扫描冷表的时候，把冷表的数据页移到 LRU 链表头部。

这种情况对应的，是冷表的数据量小于整个 Buffer Pool 的 3/8，能够完全放入 old 区域的情况。

如果这个冷表很大，就会出现另外一种情况：业务正常访问的数据页，没有机会进入 young 区域。

由于优化机制的存在，一个正常访问的数据页，要进入 young 区域，需要隔 1 秒后再次被访问到。
但是，由于我们的 join 语句在循环读磁盘和淘汰内存页，进入 old 区域的数据页，很可能在 1 秒之内就被淘汰了。这样，就会导致这个 MySQL 实例的 Buffer Pool 在这段时间内，young 区域的数据页没有被合理地淘汰。

大表 join 操作虽然对 IO 有影响，但是在语句执行结束后，对 IO 的影响也就结束了。但是，对 Buffer Pool 的影响就是持续性的，需要依靠后续的查询请求慢慢恢复内存命中率。

为了减少这种影响，可以考虑增大 join_buffer_size 的值，减少对被驱动表的扫描次数。

BNL 算法对系统的影响主要包括三个方面：

可能会多次扫描被驱动表，占用磁盘 IO 资源；
判断 join 条件需要执行 M*N 次对比（M、N 分别是两张表的行数），如果是大表就会占用非常多的 CPU 资源；
可能会导致 Buffer Pool 的热数据被淘汰，影响内存命中率。

执行语句之前，需要通过理论分析和查看 explain 结果的方式，确认是否要使用 BNL 算法。
如果确认优化器会使用 BNL 算法，就需要做优化。优化的常见做法是，给被驱动表的 join 字段加上索引，把 BNL 算法转成 BKA 算法。

这个优化怎么做？

3.4 BNL 转 BKA

一些情况下，可以直接在被驱动表上建索引，这时就可以直接转成 BKA 算法了。但是，有时候确实会碰到一些不适合在被驱动表上建索引的情况。

select * from t1 join t2 on (t1.b=t2.b) where t2.b>=1 and t2.b<=2000;

表 t2 中插入了 100 万行数据，但是经过 where 条件过滤后，需要参与 join 的只有 2000 行数据。
如果这条语句同时是一个低频的 SQL 语句，那么再为这个语句在表 t2 的字段 b 上创建一个索引就很浪费了。

如果使用 BNL 算法来 join 的话，这个语句的执行流程是这样的：

把表 t1 的所有字段取出来，存入 join_buffer 中。这个表只有 1000 行，join_buffer_size 默认值是 256k，可以完全存入。
扫描表 t2，取出每一行数据跟 join_buffer 中的数据进行对比，

如果不满足 t1.b=t2.b，则跳过；
如果满足 t1.b=t2.b, 再判断其他条件，也就是是否满足 t2.b 处于[1,2000]的条件，如果是，就作为结果集的一部分返回，否则跳过。

对于表 t2 的每一行，判断 join 是否满足的时候，都需要遍历 join_buffer 中的所有行。因此判断等值条件的次数是 1000*100 万 =10 亿次，这个判断的工作量很大。

图 6 explain 结果
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库

图 7 语句执行时间
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库
explain 结果里 Extra 字段显示使用了 BNL 算法。在我的测试环境里，这条语句需要执行 1 分 11 秒。

在表 t2 的字段 b 上创建索引会浪费资源，但是不创建索引的话这个语句的等值条件要判断 10 亿次。有没有两全其美的办法呢？
这时候，可以考虑使用临时表。使用临时表的大致思路是：

把表 t2 中满足条件的数据放在临时表 tmp_t 中；
为了让 join 使用 BKA 算法，给临时表 tmp_t 的字段 b 加上索引；
让表 t1 和 tmp_t 做 join 操作。

此时，对应的 SQL 语句的写法如下：

create temporary table temp_t(id int primary key, a int, b int, index(b))engine=innodb;
insert into temp_t select * from t2 where b>=1 and b<=2000;
select * from t1 join temp_t on (t1.b=temp_t.b);

图 8 使用临时表的执行效果
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库
整个过程 3 个语句执行时间的总和还不到 1 秒，相比于前面的 1 分 11 秒，性能得到了大幅提升。

一起看一下这个过程的消耗：

执行 insert 语句构造 temp_t 表并插入数据的过程中，对表 t2 做了全表扫描，这里扫描行数是 100 万。之后的 join 语句，扫描表 t1，这里的扫描行数是 1000；
join 比较过程中，做了 1000 次带索引的查询。相比于优化前的 join 语句需要做 10 亿次条件判断来说，这个优化效果还是很明显的。

不论是在原表上加索引，还是用有索引的临时表，我们的思路都是让 join 语句能够用上被驱动表上的索引，来触发 BKA 算法，提升查询性能。

3.5 扩展 -hash join

其实上面计算 10 亿次那个操作，看上去有点儿傻。如果 join_buffer 里面维护的不是一个无序数组，而是一个哈希表的话，那么就不是 10 亿次判断，而是 100 万次 hash 查找。这样的话，整条语句的执行速度就快多了

这也正是 MySQL 的优化器和执行器一直被诟病的一个原因：不支持哈希 join。

这个优化思路，我们可以自己实现在业务端。实现流程大致如下：

select * from t1;取得表 t1 的全部 1000 行数据，在业务端存入一个 hash 结构，比如 C++ 里的 set、PHP 的数组这样的数据结构。
select * from t2 where b>=1 and b<=2000; 获取表 t2 中满足条件的 2000 行数据。
把这 2000 行数据，一行一行地取到业务端，到 hash 结构的数据表中寻找匹配的数据。满足匹配的条件的这行数据，就作为结果集的一行。

理论上，这个过程会比临时表方案的执行速度还要快一些。

3.6 join写法

如果用 left join 的话，左边的表一定是驱动表吗？
如果两个表的 join 包含多个条件的等值匹配，是都要写到 on 里面呢，还是只把一个条件写到 on 里面，其他条件写到 where 部分？

构造两个表 a 和 b：

create table a(f1 int, f2 int, index(f1))engine=innodb;
create table b(f1 int, f2 int)engine=innodb;
insert into a values(1,1),(2,2),(3,3),(4,4),(5,5),(6,6);
insert into b values(3,3),(4,4),(5,5),(6,6),(7,7),(8,8);

表 a 和 b 都有两个字段 f1 和 f2，不同的是表 a 的字段 f1 上有索引。然后，往两个表中都插入了 6 条记录，其中在表 a 和 b 中同时存在的数据有 4 行。

第二个问题，其实就是下面这两种写法的区别：

select * from a left join b on(a.f1=b.f1) and (a.f2=b.f2); /*Q1*/
select * from a left join b on(a.f1=b.f1) where (a.f2=b.f2);/*Q2*/

把这两条语句分别记为 Q1 和 Q2。
这两个 left join 语句的语义逻辑并不相同。来看一下它们的执行结果。

图 1 两个 join 的查询结果
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库可以看到：

语句 Q1 返回的数据集是 6 行，表 a 中即使没有满足匹配条件的记录，查询结果中也会返回一行，并将表 b 的各个字段值填成 NULL。
语句 Q2 返回的是 4 行。从逻辑上可以这么理解，最后的两行，由于表 b 中没有匹配的字段，结果集里面 b.f2 的值是空，不满足 where 部分的条件判断，因此不能作为结果集的一部分。

看看实际执行这两条语句时，MySQL 是怎么做的。

图 2 Q1 的 explain 结果
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库
可以看到，这个结果符合我们的预期：

驱动表是表 a，被驱动表是表 b；
由于表 b 的 f1 字段上没有索引，所以使用的是 Block Nested Loop Join（简称 BNL）算法。

这条语句的执行流程其实是这样的：

把表 a 的内容读入 join_buffer 中。因为是 select * ，所以字段 f1 和 f2 都被放入 join_buffer 了。
顺序扫描表 b，对于每一行数据，判断 join 条件（也就是 (a.f1=b.f1) and (a.f1=1)）是否满足，满足条件的记录, 作为结果集的一行返回。如果语句中有 where 子句，需要先判断 where 部分满足条件后，再返回。
表 b 扫描完成后，对于没有被匹配的表 a 的行（在这个例子中就是 (1,1)、(2,2) 这两行），把剩余字段补上 NULL，再放入结果集中。

图 3 left join -BNL 算法
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库
可以看到，这条语句确实是以表 a 为驱动表，而且从执行效果看，也和使用 straight_join 是一样的。

语句 Q2 的 expain 结果

图 4 Q2 的 explain 结果
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库
这条语句是以表 b 为驱动表的。而如果一条 join 语句的 Extra 字段什么都没写的话，就表示使用的是 Index Nested-Loop Join（简称 NLJ）算法。

语句 Q2 的执行流程是这样的：
顺序扫描表 b，每一行用 b.f1 到表 a 中去查，匹配到记录后判断 a.f2=b.f2 是否满足，满足条件的话就作为结果集的一部分返回。

为什么语句 Q1 和 Q2 这两个查询的执行流程会差距这么大呢？

其实，这是因为优化器基于 Q2 这个查询的语义做了优化。

在 MySQL 里，NULL 跟任何值执行等值判断和不等值判断的结果，都是 NULL。这里包括， select NULL = NULL 的结果，也是返回 NULL。

因此，语句 Q2 里面 where a.f2=b.f2 就表示，查询结果里面不会包含 b.f2 是 NULL 的行，这样这个 left join 的语义就是“找到这两个表里面，f1、f2 对应相同的行。对于表 a 中存在，而表 b 中匹配不到的行，就放弃”。这样，这条语句虽然用的是 left join，但是语义跟 join 是一致的。

因此，优化器就把这条语句的 left join 改写成了 join，然后因为表 a 的 f1 上有索引，就把表 b 作为驱动表，这样就可以用上 NLJ 算法。在执行 explain 之后，你再执行 show warnings，就能看到这个改写的结果：
图 5 Q2 的改写结果
【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库
这个例子说明，即使我们在 SQL 语句中写成 left join，执行过程还是有可能不是从左到右连接的。也就是说，使用 left join 时，左边的表不一定是驱动表。

如果需要 left join 的语义，就不能把被驱动表的字段放在 where 条件里面做等值判断或不等值判断，必须都写在 on 里面。

再看看这两条语句：

select * from a join b on(a.f1=b.f1) and (a.f2=b.f2); /*Q3*/
select * from a join b on(a.f1=b.f1) where (a.f2=b.f2);/*Q4*/

【MySql】11- 实践篇(九),MySql,mysql,数据库
可以看到，这两条语句都被改写成：

select * from a join b where (a.f1=b.f1) and (a.f2=b.f2);

执行计划自然也是一模一样的。

也就是说，在这种情况下，join 将判断条件是否全部放在 on 部分就没有区别了。

小结
这些优化方法中：
4. BKA 优化是 MySQL 已经内置支持的，建议你默认使用；
5. BNL 算法效率低，建议你都尽量转成 BKA 算法。优化的方向就是给被驱动表的关联字段加上索引；基于临时表的改进方案，对于能够提前过滤出小数据的 join 语句来说，效果还是很好的；MySQL 目前的版本还不支持 hash join，但你可以配合应用端自己模拟出来，理论上效果要好于临时表的方案。

思考
在讲 join 语句的这两篇文章中，都只涉及到了两个表的 join。那么，现在有一个三个表 join 的需求，假设这三个表的表结构如下：

CREATE TABLE `t1` (
 `id` int(11) NOT NULL,
 `a` int(11) DEFAULT NULL,
 `b` int(11) DEFAULT NULL,
 `c` int(11) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB;

create table t2 like t1;
create table t3 like t2;
insert into ... //初始化三张表的数据

语句的需求实现如下的 join 逻辑：

select * from t1 join t2 on(t1.a=t2.a) join t3 on (t2.b=t3.b) where t1.c>=X and t2.c>=Y and t3.c>=Z;

为了得到最快的执行速度，如果让你来设计表 t1、t2、t3 上的索引，来支持这个 join 语句，你会加哪些索引呢？
同时，如果我希望你用 straight_join 来重写这个语句，配合你创建的索引，你就需要安排连接顺序，你主要考虑的因素是什么呢？

第一原则是要尽量使用 BKA 算法。
需要注意的是，使用 BKA 算法的时候，并不是“先计算两个表 join 的结果，再跟第三个表 join”，而是直接嵌套查询的。
具体实现是：在 t1.c>=X、t2.c>=Y、t3.c>=Z 这三个条件里，选择一个经过过滤以后，数据最少的那个表，作为第一个驱动表。
此时，可能会出现如下两种情况。
第一种情况，如果选出来是表 t1 或者 t3，那剩下的部分就固定了。

如果驱动表是 t1，则连接顺序是 t1->t2->t3，要在被驱动表字段创建上索引，也就是 t2.a 和 t3.b 上创建索引；

如果驱动表是 t3，则连接顺序是 t3->t2->t1，需要在 t2.b 和 t1.a 上创建索引。

同时，还需要在第一个驱动表的字段 c 上创建索引。
第二种情况是，如果选出来的第一个驱动表是表 t2 的话，则需要评估另外两个条件的过滤效果。

整体的思路就是，尽量让每一次参与 join 的驱动表的数据集，越小越好，因为这样我们的驱动表就会越小。

来自林晓斌《Mysql实战45讲》文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-741253.html

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