MySQL-02-2-SQL优化步骤+索引的使用

【黑马程序员】2020最新MySQL高级教程 学习笔记

优化SQL步骤

在应用的的开发过程中，由于初期数据量小，开发人员写 SQL 语句时更重视功能上的实现，但是当应用系统正式上线后，随着生产数据量的急剧增长，很多 SQL 语句开始逐渐显露出性能问题，对生产的影响也越来越大，此时这些有问题的 SQL 语句就成为整个系统性能的瓶颈，因此我们必须要对它们进行优化。

当面对一个有 SQL 性能问题的数据库时，我们应该从何处入手来进行系统的分析，使得能够尽快定位问题 SQL 并尽快解决问题。

1. 查看SQL执行频率

MySQL 客户端连接成功后，通过show [session|global] status命令可以提供服务器状态信息。show [session|global] status 可以根据需要加上参数“session”或者“global”来显示session 级（当前连接）的计结果和 global 级（自数据库上次启动至今）的统计结果。如果不写，默认使用参数是“session”。

数据库统计信息

show status like 'Com_______'; //七个_

inno_db统计信息

## 查看innodb的统计信息，可以根据该信息判断当前数据库是 读为主 还是 写为主；
show status like 'Innodb_rows_%';

统计参数说明
Com_xxx 表示每个 xxx 语句执行的次数，我们通常比较关心的是以下几个统计参数。

参数	含义
Com_select	执行 select 操作的次数，一次查询只累加 1。
Com_insert	执行 INSERT 操作的次数，对于批量插入的 INSERT 操作，只累加一次。
Com_update	执行 UPDATE 操作的次数。
Com_delete	执行 DELETE 操作的次数。
Innodb_rows_read	select 查询返回的行数。
Innodb_rows_inserted	执行 INSERT 操作插入的行数。
Innodb_rows_updated	执行 UPDATE 操作更新的行数。
Innodb_rows_deleted	执行 DELETE 操作删除的行数。
Connections	试图连接 MySQL 服务器的次数。
Uptime	服务器工作时间。
Slow_queries	慢查询的次数。

Com_*** : 这些参数对于所有存储引擎的表操作都会进行累计。
Innodb_*** : 这几个参数只是针对InnoDB 存储引擎的，累加的算法也略有不同。 表示每个 xxx 语句执行的次数，我们通常比较关心的是以下几个统计参数。

2. 定位低效率SQL

可以通过以下两种方式定位执行效率较低的 SQL 语句。

• 慢查询日志 : 通过慢查询日志定位那些执行效率较低的 SQL 语句，用--log-slow-queries[=file_name]选项启动时，mysqld 写一个包含所有执行时间超过 long_query_time 秒的 SQL 语句的日志文件。---- 后续讲解。
• show processlist : 慢查询日志在查询结束以后才纪录，所以在应用反映执行效率出现问题的时候查询慢查询日志并不能定位问题，可以使用show processlist命令查看当前MySQL在进行的线程，包括线程的状态、是否锁表等，可以实时地查看 SQL 的执行情况，同时对一些锁表操作进行优化。

show processlist

1. id列，用户登录mysql时，系统分配的"connection_id"，可以使用函数connection_id()查看
2. user列，显示当前用户。如果不是root，这个命令就只显示用户权限范围的sql语句
3. host列，显示这个语句是从哪个ip的哪个端口上发的，可以用来跟踪出现问题语句的用户
4. db列，显示这个进程目前连接的是哪个数据库
5. command列，显示当前连接的执行的命令，一般取值为休眠（sleep），查询（query），连接（connect）等
6. time列，显示这个状态持续的时间，单位是秒
7. state列，显示使用当前连接的sql语句的状态，很重要的列。state描述的是语句执行中的某一个状态。一个sql语句，以查询为例，可能需要经过copying to tmp table、sorting result、sending data等状态才可以完成
8. info列，显示这个sql语句，是判断问题语句的一个重要依据

3. explain分析执行计划

通过以上步骤查询到效率低的 SQL 语句后，可以通过 EXPLAIN或者 DESC命令获取 MySQL如何执行 SELECT 语句的信息，包括在 SELECT 语句执行过程中表如何连接和连接的顺序。
查询SQL语句的执行计划

 explain select * from goods_myisam;

字段	含义
id	select查询的序列号，是一组数字，表示的是查询中执行select子句或者是操作表的顺序。
select_type	表示 SELECT 的类型，常见的取值有 SIMPLE（简单表，即不使用表连接或者子查询）、PRIMARY（主查询，即外层的查询）、UNION（UNION 中的第二个或者后面的查询语句）、SUBQUERY（子查询中的第一个 SELECT）等
table	输出结果集的表
type	表示表的连接类型，性能由好到差的连接类型为( system ---> const -----> eq_ref ------> ref -------> ref_or_null----> index_merge ---> index_subquery -----> range -----> index ------> all)
possible_keys	表示查询时，可能使用的索引
key	表示实际使用的索引
key_len	索引字段的长度
rows	扫描行的数量
extra	执行情况的说明和描述

环境准备

CREATE TABLE `t_role` (
  `id` varchar(32) NOT NULL,
  `role_name` varchar(255) DEFAULT NULL,
  `role_code` varchar(255) DEFAULT NULL,
  `description` varchar(255) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `unique_role_name` (`role_name`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;


CREATE TABLE `t_user` (
  `id` varchar(32) NOT NULL,
  `username` varchar(45) NOT NULL,
  `password` varchar(96) NOT NULL,
  `name` varchar(45) NOT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  UNIQUE KEY `unique_user_username` (`username`)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;


CREATE TABLE `user_role` (
  `id` int(11) NOT NULL auto_increment ,
  `user_id` varchar(32) DEFAULT NULL,
  `role_id` varchar(32) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`),
  KEY `fk_ur_user_id` (`user_id`),
  KEY `fk_ur_role_id` (`role_id`),
  CONSTRAINT `fk_ur_role_id` FOREIGN KEY (`role_id`) REFERENCES `t_role` (`id`) ON DELETE NO ACTION ON UPDATE NO ACTION,
  CONSTRAINT `fk_ur_user_id` FOREIGN KEY (`user_id`) REFERENCES `t_user` (`id`) ON DELETE NO ACTION ON UPDATE NO ACTION
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8;




insert into `t_user` (`id`, `username`, `password`, `name`) values('1','super','$2a$10$TJ4TmCdK.X4wv/tCqHW14.w70U3CC33CeVncD3SLmyMXMknstqKRe','超级管理员');
insert into `t_user` (`id`, `username`, `password`, `name`) values('2','admin','$2a$10$TJ4TmCdK.X4wv/tCqHW14.w70U3CC33CeVncD3SLmyMXMknstqKRe','系统管理员');
insert into `t_user` (`id`, `username`, `password`, `name`) values('3','itcast','$2a$10$8qmaHgUFUAmPR5pOuWhYWOr291WJYjHelUlYn07k5ELF8ZCrW0Cui','test02');
insert into `t_user` (`id`, `username`, `password`, `name`) values('4','stu1','$2a$10$pLtt2KDAFpwTWLjNsmTEi.oU1yOZyIn9XkziK/y/spH5rftCpUMZa','学生1');
insert into `t_user` (`id`, `username`, `password`, `name`) values('5','stu2','$2a$10$nxPKkYSez7uz2YQYUnwhR.z57km3yqKn3Hr/p1FR6ZKgc18u.Tvqm','学生2');
insert into `t_user` (`id`, `username`, `password`, `name`) values('6','t1','$2a$10$TJ4TmCdK.X4wv/tCqHW14.w70U3CC33CeVncD3SLmyMXMknstqKRe','老师1');



INSERT INTO `t_role` (`id`, `role_name`, `role_code`, `description`) VALUES('5','学生','student','学生');
INSERT INTO `t_role` (`id`, `role_name`, `role_code`, `description`) VALUES('7','老师','teacher','老师');
INSERT INTO `t_role` (`id`, `role_name`, `role_code`, `description`) VALUES('8','教学管理员','teachmanager','教学管理员');
INSERT INTO `t_role` (`id`, `role_name`, `role_code`, `description`) VALUES('9','管理员','admin','管理员');
INSERT INTO `t_role` (`id`, `role_name`, `role_code`, `description`) VALUES('10','超级管理员','super','超级管理员');


INSERT INTO user_role(id,user_id,role_id) VALUES(NULL, '1', '5'),(NULL, '1', '7'),(NULL, '2', '8'),(NULL, '3', '9'),(NULL, '4', '8'),(NULL, '5', '10') ;

explain 之 id
id 字段是 select查询的序列号，是一组数字，表示的是查询中执行select子句或者是操作表的顺序。id 情况有三种 ：

id 相同表示加载表的顺序是从上到下。

explain select * from t_role r, t_user u, user_role ur where r.id = ur.role_id and u.id = ur.user_id ;

id 不同id值越大，优先级越高，越先被执行。

EXPLAIN SELECT * FROM t_role WHERE id = (SELECT role_id FROM user_role WHERE user_id = (SELECT id FROM t_user WHERE username = 'stu1'))

id 有相同，也有不同，同时存在。id相同的可以认为是一组，从上往下顺序执行；在所有的组中，id的值越大，优先级越高，越先执行。

EXPLAIN SELECT * FROM t_role r , (SELECT * FROM user_role ur WHERE ur.`user_id` = '2') a WHERE r.id = a.role_id ; 

explain 之 select_type

表示 SELECT 的类型，常见的取值，如下表所示：

select_type	含义
SIMPLE	简单的select查询，查询中不包含子查询或者UNION
PRIMARY	查询中若包含任何复杂的子查询，最外层查询标记为该标识
SUBQUERY	在SELECT 或 WHERE 列表中包含了子查询
DERIVED	在FROM 列表中包含的子查询，被标记为 DERIVED（衍生） MYSQL会递归执行这些子查询，把结果放在临时表中
UNION	若第二个SELECT出现在UNION之后，则标记为UNION ； 若UNION包含在FROM子句的子查询中，外层SELECT将被标记为 ： DERIVED
UNION RESULT	从UNION表获取结果的SELECT

** explain 之 table**
展示这一行的数据是关于哪一张表的 .

** explain 之 type**
type 显示的是访问类型，是较为重要的一个指标，可取值为：

type	含义
NULL	MySQL不访问任何表，索引，直接返回结果
system	表只有一行记录(等于系统表)，这是const类型的特例，一般不会出现
const	表示通过索引一次就找到了，const 用于比较primary key 或者 unique 索引。因为只匹配一行数据，所以很快。如将主键置于where列表中，MySQL 就能将该查询转换为一个常量。const于将 “主键” 或 “唯一” 索引的所有部分与常量值进行比较
eq_ref	类似ref，区别在于使用的是唯一索引，使用主键的关联查询，关联查询出的记录只有一条。常见于主键或唯一索引扫描
ref	非唯一性索引扫描，返回匹配某个单独值的所有行。本质上也是一种索引访问，返回所有匹配某个单独值的所有行（多个）
range	只检索给定返回的行，使用一个索引来选择行。 where 之后出现between ， < , > , in等操作。
index	index 与 ALL的区别为index 类型只是遍历了索引树， 通常比ALL 快， ALL 是遍历数据文件。
all	将遍历全表以找到匹配的行

结果值从最好到最坏以此是：

NULL > system > const > eq_ref > ref > fulltext > ref_or_null > index_merge > unique_subquery > index_subquery > range > index > ALL

system > const > eq_ref > ref > range > index > ALL

一般来说， 我们需要保证查询至少达到 range 级别， 最好达到ref 。

** explain 之 key**

• possible_keys : 显示可能应用在这张表的索引， 一个或多个。
• key ： 实际使用的索引， 如果为NULL， 则没有使用索引。
• key_len : 表示索引中使用的字节数， 该值为索引字段最大可能长度，并非实际使用长度，在不损失精确性的前提下， 长度越短越好 。

explain 之 rows
扫描行的数量。

explain 之 extra
其他的额外的执行计划信息，在该列展示 。

extra	含义
using filesort	说明mysql会对数据使用一个外部的索引排序，而不是按照表内的索引顺序进行读取，称为 “文件排序”, 效率低。
using temporary	使用了临时表保存中间结果，MySQL在对 查询结果排序时使用临时表。常见于 order by 和 group by； 效率低
using index	表示相应的select操作使用了覆盖索引， 避免访问表的数据行， 效率不错

4. show profile分析SQL

Mysql从5.0.37版本开始增加了对 show profiles和 show profile 语句的支持。show profiles 能够在做SQL优化时帮助我们了解时间都耗费到哪里去了。

**have_profiling **
通过have_profiling参数，能够看到当前MySQL是否支持profile：

profiling
默认profiling是关闭的，可以通过set语句在Session级别开启profiling：set profiling=1; //开启profiling 开关；

通过profile，我们能够更清楚地了解SQL执行的过程。
首先，我们可以执行一系列的操作，如下图所示：

show databases;
use db01;

select * from tb_item where id < 5;
select count(*) from tb_item;

**show profiles **
执行完上述命令之后，再执行show profiles指令， 来查看SQL语句执行的耗时：

show profile for query query_id
通过show profile for query query_id语句可以查看到该SQL执行过程中每个线程的状态和消耗的时间：

Sending data 状态表示MySQL线程开始访问数据行并把结果返回给客户端，而不仅仅是返回个客户端。
由于在Sending data状态下，MySQL线程往往需要做大量的磁盘读取操作，所以经常是整各查询中耗时最长的状态。

show profile [all | cpu | block io | context switch | page faults] for query query_id
在获取到最消耗时间的线程状态后，MySQL支持进一步选择all、cpu、block io 、context switch、page faults等明细类型类查看MySQL在使用什么资源上耗费了过高的时间。例如，选择查看CPU的耗费时间 ：

字段	含义
Status	sql 语句执行的状态
Duration	sql 执行过程中每一个步骤的耗时
CPU_user	当前用户占有的cpu
CPU_system	系统占有的cpu

5. trace分析器优化执行计划

MySQL5.6提供了对SQL的跟踪trace, 通过trace文件能够进一步了解为什么优化器选择A计划, 而不是选择B计划。

打开trace ， 设置格式为 JSON，并设置trace最大能够使用的内存大小，避免解析过程中因为默认内存过小而不能够完整展示。

SET optimizer_trace="enabled=on",end_markers_in_json=on;
set optimizer_trace_max_mem_size=1000000;

执行SQL语句 ：

select * from tb_item where id < 4;

最后， 检查information_schema.optimizer_trace就可以知道MySQL是如何执行SQL的 ：

select * from information_schema.optimizer_trace\G;

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索引的使用

索引是数据库优化最常用也是最重要的手段之一, 通过索引通常可以帮助用户解决大多数的MySQL的性能优化问题。

验证索引提升查询效率

在我们准备的表结构tb_item 中， 一共存储了 300 万记录；

使用ID来查询

查询速度很快， 接近0s ， 主要的原因是因为id为主键， 有索引；

根据 title 进行精确查询

查询速度很慢，效率低下。处理方案 ， 针对title字段， 创建索引 ：

create index idx_item_title on tb_item(title);

将300w条数据 创建索引的过程非常耗时

索引创建完成之后，再次进行查询 ：

索引的使用

环境准备

create table `tb_seller` (
	`sellerid` varchar (100),
	`name` varchar (100),
	`nickname` varchar (50),
	`password` varchar (60),
	`status` varchar (1),
	`address` varchar (100),
	`createtime` datetime,
    primary key(`sellerid`)
)engine=innodb default charset=utf8mb4; 

insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('alibaba','阿里巴巴','阿里小店','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','1','北京市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('baidu','百度科技有限公司','百度小店','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','1','北京市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('huawei','华为科技有限公司','华为小店','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','0','北京市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('itcast','传智播客教育科技有限公司','传智播客','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','1','北京市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('itheima','黑马程序员','黑马程序员','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','0','北京市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('luoji','罗技科技有限公司','罗技小店','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','1','北京市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('oppo','OPPO科技有限公司','OPPO官方旗舰店','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','0','北京市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('ourpalm','掌趣科技股份有限公司','掌趣小店','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','1','北京市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('qiandu','千度科技','千度小店','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','2','北京市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('sina','新浪科技有限公司','新浪官方旗舰店','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','1','北京市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('xiaomi','小米科技','小米官方旗舰店','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','1','西安市','2088-01-01 12:00:00');
insert into `tb_seller` (`sellerid`, `name`, `nickname`, `password`, `status`, `address`, `createtime`) values('yijia','宜家家居','宜家家居旗舰店','e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e','1','北京市','2088-01-01 12:00:00');

// 创建联合索引
create index idx_seller_name_sta_addr on tb_seller(name,status,address);

避免索引失效

1. 全值匹配 ，对索引中所有列都指定具体值。— 该情况下，索引生效，执行效率高。
   

2. 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。
   匹配最左前缀法则，走索引：

违法最左前缀法则 ， 索引失效：

如果符合最左法则，但是出现跳跃某一列，只有最左列索引生效：
   

3. 范围查询右边的列，不能使用索引 。
   根据前面的两个字段name ， status查询是走索引的， 但是最后一个条件address 没有用到索引。

4. 不要在索引列上进行运算操作， 索引将失效。
   

5. 字符串不加单引号，造成索引失效。
   

6. 尽量使用覆盖索引，避免select * – 尽量使用覆盖索引（只访问索引的查询（索引列完全包含查询列）），减少select *。
   

• using index ：使用覆盖索引的时候就会出现
• using where：在查找使用索引的情况下，需要回表去查询所需的数据.
• using index condition：查找使用了索引，但是需要回表查询数据.
• using index ; using where：查找使用了索引，但是需要的数据都在索引列中能找到，所以不需要回表查询数据

7. 用or分割开的条件， 如果or前的条件中的列有索引，而后面的列中没有索引，那么涉及的索引都不会被用到。

//示例，name字段是索引列 ， 而createtime不是索引列，中间是or进行连接是不走索引的 ：
explain select * from tb_seller where name='黑马程序员' or createtime = '2088-01-01 12:00:00';

8. 以%开头的Like模糊查询，索引失效。 — 如果仅仅是尾部模糊匹配，索引不会失效。如果是头部模糊匹配，索引失效。

解决方案： 通过覆盖索引解决

9. 如果MySQL评估使用索引比全表更慢，则不使用索引。
10. is NULL ， is NOT NULL有时索引失效。
11. in 走索引， not in 索引失效。 != 索引失效
12. 单列索引和复合索引。 ---- 尽量使用复合索引，而少使用单列索引 。
13. 同是varchar,不同字符集不走索引

## 复合索引
create index idx_name_sta_address on tb_seller(name, status, address);

就相当于创建了三个索引 ： 
	name
	name + status
	name + status + address

## 单索引
create index idx_seller_name on tb_seller(name);
create index idx_seller_status on tb_seller(status);
create index idx_seller_address on tb_seller(address);

数据库会选择一个最优的索引（辨识度最高索引）来使用，并不会使用全部索引 。

查看索引使用情况

show status like 'Handler_read%';	

show global status like 'Handler_read%';

• Handler_read_first：索引中第一条被读的次数。如果较高，表示服务器正执行大量全索引扫描（这个值越低越好）。
• Handler_read_key：如果索引正在工作，这个值代表一个行被索引值读的次数，如果值越低，表示索引得到的性能改善不高，因为索引不经常使用（这个值越高越好）。
• Handler_read_next ：按照键顺序读下一行的请求数。如果你用范围约束或如果执行索引扫描来查询索引列，该值增加。
• Handler_read_prev：按照键顺序读前一行的请求数。该读方法主要用于优化ORDER BY … DESC。
• Handler_read_rnd：根据固定位置读一行的请求数。如果你正执行大量查询并需要对结果进行排序该值较高。你可能使用了大量需要MySQL扫描整个表的查询或你的连接没有正确使用键。这个值较高，意味着运行效率低，应该建立索引来补救。
• Handler_read_rnd_next：在数据文件中读下一行的请求数。如果你正进行大量的表扫描，该值较高。通常说明你的表索引不正确或写入的查询没有利用索引。