Explain詳解與索引優化實踐

来源:https://www.cnblogs.com/ZekiChen/archive/2020/02/13/12295702.html
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1、何為explain執行計劃？ 使用explain關鍵字可以模擬優化器執行SQL語句，從而知道MySQL是如何使用索引來處理你的SQL查詢語句以及連接表，可以分析查詢語句或是結構的性能瓶頸，幫助我們選擇更好的索引和寫出更優化的查詢語句。（說白了，就是優化SQL的工具） 2、如何使用explain？ ...


1、何為explain執行計劃？

使用explain關鍵字可以模擬優化器執行SQL語句，從而知道MySQL是如何使用索引來處理你的SQL查詢語句以及連接表，可以分析查詢語句或是結構的性能瓶頸，幫助我們選擇更好的索引和寫出更優化的查詢語句。（說白了，就是優化SQL的工具）

2、如何使用explain？

在你的SQL查詢語句前加上 explain 即可，如explain select * from table，MySQL會在查詢上設置一個標記，執行查詢時，會返回執行計劃的信息，而不是執行這條SQL（如果 from 中包含子查詢，仍會執行該子查詢，將結果放入臨時表）。

3、使用explain的例子

需要使用三張表，分別為 actor 演員表，film 電影表，film_actor 電影-演員關聯表。

CREATE TABLE `actor` (
  `id` int(11) NOT NULL COMMENT '主鍵id',
  `name` varchar(45) DEFAULT NULL COMMENT '演員名稱',
  `update_time` datetime DEFAULT NULL COMMENT '修改時間',
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;

insert into `actor` (`id`, `name`, `update_time`) values('1','a','2020-02-11 22:56:00');
insert into `actor` (`id`, `name`, `update_time`) values('2','b','2020-02-11 22:56:00');
insert into `actor` (`id`, `name`, `update_time`) values('3','c','2020-02-11 22:56:00');

CREATE TABLE `film` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主鍵id',
  `name` varchar(10) DEFAULT NULL COMMENT '電影名稱',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_name` (`name`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8;

insert into `film` (`id`, `name`) values('3','film0');
insert into `film` (`id`, `name`) values('1','film1');
insert into `film` (`id`, `name`) values('2','film2');

CREATE TABLE `film_actor` (
  `id` int(11) NOT NULL COMMENT '主鍵id',
  `film_id` int(11) NOT NULL COMMENT '電影id',
  `actor_id` int(11) NOT NULL COMMENT '演員id',
  `remark` varchar(255) DEFAULT NULL COMMENT '備註',
  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`, `remark`) values('1','1','1',NULL);
insert into `film_actor` (`id`, `film_id`, `actor_id`, `remark`) values('2','1','2',NULL);
insert into `film_actor` (`id`, `film_id`, `actor_id`, `remark`) values('3','2','1',NULL);

執行完以上SQL後，三張表數據對應如下：

下麵展示explain中每個列的信息：

（1）id列

id列的編號是select語句的序列號，有幾個 select 就有幾個id，並且id的序號是按 select 出現的順序而增長的（id越大，對應的select語句越先執行，如果id相等，則從上往下執行，id為NULL最後執行）。

MySQL將select查詢分為簡單查詢(SIMPLE)和複雜查詢(PRIMARY)。

複雜查詢分為三類：簡單子查詢、派生表（from語句中的子查詢）、union查詢。

1）簡單子查詢

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT (SELECT 1 FROM actor LIMIT 1) FROM film

2）from子句中的子查詢

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT id FROM (SELECT id FROM film) AS der

分析：這個查詢執行時有個臨時表別名為der，外部select查詢引用了這個臨時表。

3）union查詢

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT 1 UNION ALL SELECT 1

分析：union結果總是放在一個匿名臨時表中，臨時表不在SQL中出現，因此它的id為NULL。（不推薦使用union，性能不高）

（2）select_type列

這一列表示對應行是簡單還是複雜查詢，如果是複雜查詢，又是上述三種複雜查詢中的哪一種。

1）SIMPLE：簡單查詢。查詢不包含子查詢和union。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM film WHERE id=2

2）PRIMARY：複雜查詢中最外層的select。

3）SUBQUERY：包含在select中的子查詢（不在from子句中）。

4）DERIVED：包含在from子句中的子查詢。MySQL會將結果存放在一個臨時表中，也稱為派生表（DERIVED的英文含義）。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT (SELECT 1 FROM actor WHERE id=1) FROM (SELECT * FROM film WHERE id=1) der

5）UNION：在union中的第二個和隨後的select。

6）UNION RESULT：從union臨時表檢索結果的select。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT 1 UNION ALL SELECT 1

（3）table列

這一列表示explain的一行正在訪問哪個表。

當from子句中有子查詢時，table列是<DERIVED N>格式，表示當前查詢依賴id=N的查詢，於是先執行id=N的查詢。

當有union時，UNION RESULT的table列的值為<union 1,2>，1和2表示參與union的select行id。

（4）type列

（溫馨提示：以下部分理論有可能解釋完還是懵逼，沒關係，繼續往下看，有實踐例子）

這一列表示關聯類型或訪問類型，即MySQL決定如何查找表中的行，查找數據記錄的大概範圍。

SQL語句查詢效率從最優到最差依次為：system > const > eq_ref > ref > range > index > ALL。

一般來說，得保證查詢達到range級別，最好達到ref。

NULL：MySQL能夠在SQL語句執行之前（即優化階段）分析分解查詢語句，在執行階段用不著再訪問表或索引。例如：在索引列中選取最小值，可以單獨查找索引來完成，不需要在執行時訪問表，出現的頻率不高。

const，system：MySQL能夠對查詢的某部分進行優化並將其轉化成一個常量（可以看show warnings的結果）。用於主鍵索引或唯一索引的所有列與常數比較時，表最多有一個匹配行，讀取1次，速度比較快。system是const的特例，表裡只有一條記錄匹配時為system。

執行SQL語句：EXPLAIN EXTENDED SELECT * FROM (SELECT * FROM film WHERE id=1) tmp

分析：上面的子查詢SELECT * FROM film WHERE id = 1語句where後面id使用的是主鍵索引查詢，主鍵是唯一的，所以查詢結果一定是只有一條記錄，對於明確知道結果集只有一條記錄的查詢，它的type為const類型，性能已經非常高了；而第一個select複雜查詢的表只有一條記錄，所以結果也肯定只有一條記錄（第二個select子查詢之前表中可能是多條記錄），這種特例它的type為system類型，性能最高。

執行SQL語句：EXPLAIN EXTENDED SELECT * FROM (SELECT * FROM film WHERE id=1) tmp;  SHOW WARNINGS;

分析：用explain extended查看執行計劃會比explain多一列filtered，該列給出一個百分比的值，這個值和rows列一起使用，可以估計出那些將要和explain中的前一個表進行連接的行的數目，前一個表就是指explain的id列的值比當前表的id小的表。explain extended還可以搭配show warnings一起使用，它可以給出一個優化建議，真正執行時是執行優化建議的那條SQL，但是如果是很複雜的SQL，它優化出來的結果可能都沒你原先的SQL性能高。

eq_ref：主鍵索引或唯一索引的所有部分被連接使用，最多只會返回一條符合條件的記錄。這可能是在const之外最好的連接類型了，簡單的select查詢不會出現這種type。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM film_actor LEFT JOIN film ON film_actor.film_id=film.id

分析：有兩條記錄，說明有2次查詢， id相等，則從上往下執行，說明第1條先執行查詢film_actor表，第2條左連接查詢film表。左連接film表並關聯film.id，由於film.id是唯一索引，film表只能關聯一行記錄，所以第2條select的type為eq_ref。

ref：相比eq_ref，不使用唯一索引，而是使用普通索引或者唯一索引的首碼部分，索引要和某個值相比較，可能會找到多條符合條件的記錄。

① 簡單select查詢，name是普通索引（非唯一索引）

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM film WHERE NAME="film1"

② 關聯表查詢，idx_film_actor_id是film_id和actor_id的聯合索引，這裡使用了film_actor的索引左邊首碼部分 film_id。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM film LEFT JOIN film_actor ON film.id=film_actor.film_id

range：範圍掃描通常出現在in()，between，>，<，>=等操作中。使用一個索引來檢索給定範圍的行。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM actor WHERE id>1

index： 掃描全表索引，這通常會比ALL快一些。（index是從索引中讀取的，而ALL是從硬碟中讀取）

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM film;（film表所有欄位都加了索引）

ALL： 即全表掃描，意味著MySQL需要從頭到尾去查找所需要的行（不走索引）。通常情況下這需要增加索引來優化了。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM actor;（actor表有一個欄位沒加索引）

（5）possible_keys列

這一列顯示查詢可能使用哪些索引來查找。

explain時可能出現possible_key有列，而key顯示NULL的情況，這種情況是因為表中數據不多，MySQL認為索引對此查詢幫助不大，選擇了全表查詢。

如果該列是NULL，則沒有相關的索引。在這種情況下，可以通過檢查where子句是否可以創造一個適當的索引來提高查詢性能，然後用explain查看效果。

（6）key列

這一列顯示MySQL實際採用哪個索引來優化對該表的訪問。

如果沒有使用索引，則該列是NULL。如果想強制MySQL使用或忽視possible_keys列中的索引，在查詢中使用force index、ignore index。

（7）key_len列

這一列顯示了MySQL在索引里使用的位元組數，通過這個值可以算出具體使用了索引中的哪些列。

舉例來說，film_actor表的聯合索引idx_film_actor_id由film_id和actor_id兩個int列組成，並且每個int是4位元組。通過下麵結果中的key_len=4可推斷出只使用了第一個列flim_id來執行索引查找。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM film_actor WHERE film_id=2

key_len計算規則如下：

① 字元串

  • char(n)：n位元組長度
  • varchar(n)：2位元組存儲字元串長度，如果是UTF-8，則長度為3n+2

② 數值類型

  • tinyint：1位元組
  • smallint：2位元組
  • int：4位元組
  • bigint：8位元組

③ 時間類型

  • date：3位元組
  • timestamp：4位元組
  • datetime：8位元組

④ 如果欄位允許為NULL，需要1位元組記錄是否為NULL

（8）ref列

這一列顯示了在key列記錄的索引中，表查找值所用到的列或常量，常見的有：const（常量）、欄位名（例：film.id）。

（9）rows列

這一列是MySQL估計要讀取並檢測的行數，註意這個不是結果集里的行數。

（10）Extra列 

這一列展示的是額外信息。常見的重要值如下：

Using index： 查詢的列被索引覆蓋，並且where篩選條件是索引的前導列（類似聯合索引的最左首碼原則），是性能高的表現。一般是使用了覆蓋索引（即索引包含了所有查詢的欄位）。對於InnoDB來說，如果是普通索引性能會有不少提高。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT film_id FROM film_actor WHERE film_id=1

Using where：查詢的列不完全被索引覆蓋，where篩選條件非索引的前導列。（不走索引，性能較低）

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM actor WHERE name='a'

 Using where; Using index：查詢的列被索引覆蓋，並且where篩選條件是索引列之一但不是索引的前導列，意味著無法直接通過索引來查找符合條件的數據。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT film_id FROM film_actor WHERE actor_id=1

NULL：查詢的列未被索引覆蓋，並且where篩選條件是索引的前導列，意味著用到了索引，但是部分欄位未被索引覆蓋，必須通過“回表”來實現，不是純粹地用到了索引，也不是完全沒用到索引。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM film_actor WHERE film_id=1

Using index condition：MySQL 5.6版本開始加入的新特性，與Using where類似，查詢的列不完全被索引覆蓋，where條件中是一個前導列的範圍。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM film_actor WHERE film_id>1

Using temporary：MySQL需要創建一張臨時表來處理查詢。出現這種情況一般是要進行優化的，首先要想到用索引來優化。

① actor.name沒有索引，此時創建了一張臨時表來distinct。（distinct：去除查詢結果中的重覆記錄）

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT DISTINCT NAME FROM actor

② film.name建立了idx_name索引，此時查詢時extra是Using index，沒有用臨時表。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT DISTINCT NAME FROM film

Using filesort：MySQL會對結果使用一個外部索引排序，而不是按照索引次序從表裡讀取行。此時MySQL會根據連接類型瀏覽所有符合條件的記錄，並保存排序關鍵字和行指針，然後排序關鍵字並按順序檢索行信息。這種情況下一般也是要考慮使用索引來優化。

① actor.name未創建索引，會瀏覽actor整個表，保存排序關鍵字name和對應的id，然後排序name並檢索行記錄。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM actor ORDER BY name

② film.name建立了idx_name索引，此時查詢時extra是Using index，因為索引底層數據結構已經是排好序的。

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM film ORDER BY name

4、索引優化最佳實踐

使用了 employees 員工表：

CREATE TABLE `employees` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '主鍵id',
  `name` varchar(24) NOT NULL COMMENT '員工姓名',
  `age` int(11) NOT NULL DEFAULT '0' COMMENT '員工年齡',
  `position` varchar(20) NOT NULL COMMENT '員工職位',
  `hire_time` timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '入職時間',
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `idx_name_age_position` (`name`,`age`,`position`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8;

insert into `employees` (`id`, `name`, `age`, `position`, `hire_time`) values('1','LiLei','22','manager','2020-02-13 14:22:55');
insert into `employees` (`id`, `name`, `age`, `position`, `hire_time`) values('2','HanMeimei','23','dev','2020-02-13 14:22:57');
insert into `employees` (`id`, `name`, `age`, `position`, `hire_time`) values('3','Lucy','23','dev','2020-02-13 14:22:59');

（1）全值匹配

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name='LiLei'

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name='LiLei' AND age=22

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name='LiLei' AND age=22 AND position='manager'

（2）索引最左首碼原則 

如果索引了多列，要遵循最左首碼原則。指的是查詢從索引的最左前列開始並且不跳過索引中的列。

提問：為什麼聯合索引要想命中索引必須採用最左首碼原則？（命中索引：即是否用到了索引）

以下索引優化規則很多都可以結合下麵這張圖思考，聯合索引底層的索引數據結構圖（B+樹），索引的排序首先按10002排序，接著是Staff，最後才是1996-08-03，如果不先拿第一個欄位10002去比較，根本沒法比較，導致無法命中索引。

提問：以下SQL命中索引？

① EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE age = 22 AND position = 'manager';
② EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE position = 'manager';
③ EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei';
④ EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name = 'LiLei' AND position = 'manager';

分析：

①中的where條件後面age=22不是索引的最左前列，後面就不用看了，沒有命中索引，②也是如此。

③中的name是索引idx_name_age_position的最左前列，命中索引。

④中的name命中索引，position沒有命中索引，因為跳過索引中的age列，中間斷了，age列還是需要全表掃描。

（3）不要在索引列上做任何操作（如計算、函數、自動或手動類型轉換），否則會導致索引失效而轉向全表掃描

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE LEFT(name, 3)='LiLei'

（4）存儲引擎不能使用索引中範圍條件右邊的列

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name='LiLei' AND age>22 AND position='manager'

分析：長度為78，name為74，age是int類型，所以為4，即只有name和age命中索引，position沒有命中索引，因為它屬於age範圍條件右邊的索引列。

（5）儘量使用覆蓋索引（只訪問索引的查詢，索引列包含查詢列），減少 select * 語句

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT name,age FROM employees WHERE name='LiLei'

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name='LiLei'

 （6）MySQL在使用不等於（!= 或者 <>）的時候無法使用索引，會導致全表掃描

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name != 'LiLei'

（7）is null，is not null也無法使用索引

執行SQL語句：

EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name IS NULL

（8）like以通配符開頭（'$abc'），MySQL索引會失效導致全表掃描

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name LIKE '%Lei'

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name LIKE 'Lei%'

提問：如何解決like '%字元串%' 索引沒有命中？

① 使用覆蓋索引，查詢欄位必須是建立覆蓋索引欄位

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT name,age,position FROM employees WHERE name LIKE '%Lei%'

② 當覆蓋索引指向的欄位是varchar(380)及以上的欄位時，覆蓋索引會失效！

（9）字元串不加單引號，索引失效（內部會做一個字元串轉換函數）

執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name=1000

（10）少用or或in，用它查詢時，非主鍵欄位的索引會失效，主鍵索引有時生效，有時不生效，跟數據量有關，具體還得看MySQL的查詢優化結果

 執行SQL語句：EXPLAIN SELECT * FROM employees WHERE name='LiLei' OR name='Hanmeimei'

總結：

like KK% 相當於等於常量，%KK 和 %KK% 相當於範圍。

 


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