Mysql5.7 證明爲什麼用limit時，offset很大會影響性能

來源：https://dwz.cn/K1Q1cePW

 

一，前言 

 

首先說明一下MySQL的版本：

mysql> select version();
+-----------+
| version() |
+-----------+
| 5.7.17    |
+-----------+
1 row in set (0.00 sec)

 

表結構：

mysql> desc test;
+--------+---------------------+------+-----+---------+----------------+
| Field  | Type                | Null | Key | Default | Extra          |
+--------+---------------------+------+-----+---------+----------------+
| id     | bigint(20) unsigned | NO   | PRI | NULL    | auto_increment |
| val    | int(10) unsigned    | NO   | MUL | 0       |                |
| source | int(10) unsigned    | NO   |     | 0       |                |
+--------+---------------------+------+-----+---------+----------------+
3 rows in set (0.00 sec)

 

id爲自增主鍵，val爲非唯一索引。

 

灌入大量數據，共500萬：

 

mysql> select count(*) from test;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|  5242882 |
+----------+
1 row in set (4.25 sec)

 

我們知道，當limit offset rows中的offset很大時，會出現效率問題：

 

mysql> select * from test where val=4 limit 300000,5;
+---------+-----+--------+
| id      | val | source |
+---------+-----+--------+
| 3327622 |   4 |      4 |
| 3327632 |   4 |      4 |
| 3327642 |   4 |      4 |
| 3327652 |   4 |      4 |
| 3327662 |   4 |      4 |
+---------+-----+--------+
5 rows in set (15.98 sec)

 

爲了達到相同的目的，我們一般會改寫成如下語句：

 

mysql> select * from test a inner join (select id from test where val=4 limit 300000,5) b on a.id=b.id;
+---------+-----+--------+---------+
| id      | val | source | id      |
+---------+-----+--------+---------+
| 3327622 |   4 |      4 | 3327622 |
| 3327632 |   4 |      4 | 3327632 |
| 3327642 |   4 |      4 | 3327642 |
| 3327652 |   4 |      4 | 3327652 |
| 3327662 |   4 |      4 | 3327662 |
+---------+-----+--------+---------+
5 rows in set (0.38 sec)

 

時間相差很明顯。

 

爲什麼會出現上面的結果？我們看一下select * from test where val=4 limit 300000,5;的查詢過程：

 

查詢到索引葉子節點數據。
根據葉子節點上的主鍵值去聚簇索引上查詢需要的全部字段值。

類似於下面這張圖：

像上面這樣，需要查詢300005次索引節點，查詢300005次聚簇索引的數據，最後再將結果過濾掉前300000條，取出最後5條。MySQL耗費了大量隨機I/O在查詢聚簇索引的數據上，而有300000次隨機I/O查詢到的數據是不會出現在結果集當中的。

 

肯定會有人問：既然一開始是利用索引的，爲什麼不先沿着索引葉子節點查詢到最後需要的5個節點，然後再去聚簇索引中查詢實際數據。這樣只需要5次隨機I/O，類似於下面圖片的過程：

 

其實我也想問這個問題。

 

證實

 

下面我們實際操作一下來證實上述的推論：

 

爲了證實select * from test where val=4 limit 300000,5是掃描300005個索引節點和300005個聚簇索引上的數據節點，我們需要知道MySQL有沒有辦法統計在一個sql中通過索引節點查詢數據節點的次數。我先試了Handler_read_*系列，很遺憾沒有一個變量能滿足條件。

 

我只能通過間接的方式來證實：

InnoDB中有buffer pool。裏面存有最近訪問過的數據頁，包括數據頁和索引頁。所以我們需要運行兩個sql，來比較buffer pool中的數據頁的數量。

 

預測結果是運行select * from test a inner join (select id from test where val=4 limit 300000,5) b>之後，buffer pool中的數據頁的數量遠遠少於select * from test where val=4 limit 300000,5;對應的數量，因爲前一個sql只訪問5次數據頁，而後一個sql訪問300005次數據頁。

 

select * from test where val=4 limit 300000,5

mysql> select index_name,count(*) from information_schema.INNODB_BUFFER_PAGE where INDEX_NAME in(\'val\',\'primary\') and TABLE_NAME like \'%test%\' group by index_name;
Empty set (0.04 sec)

 

 

可以看出，目前buffer pool中沒有關於test表的數據頁。

 

 

mysql> select * from test where val=4 limit 300000,5;
+---------+-----+--------+
| id      | val | source |
+---------+-----+--------+
| 3327622 |   4 |      4 |
| 3327632 |   4 |      4 |
| 3327642 |   4 |      4 |
| 3327652 |   4 |      4 |
| 3327662 |   4 |      4 |
+---------+-----+--------+
5 rows in set (26.19 sec)

mysql> select index_name,count(*) from information_schema.INNODB_BUFFER_PAGE where INDEX_NAME in(\'val\',\'primary\') and TABLE_NAME like \'%test%\' group by index_name;
+------------+----------+
| index_name | count(*) |
+------------+----------+
| PRIMARY    |     4098 |
| val        |      208 |
+------------+----------+
2 rows in set (0.04 sec)

 

 

可以看出，此時buffer pool中關於test表有4098個數據頁，208個索引頁。

 

select * from test a inner join (select id from test where val=4 limit 300000,5) b>爲了防止上次試驗的影響，我們需要清空buffer pool，重啓mysql。

mysqladmin shutdown
/usr/local/bin/mysqld_safe &

mysql  index_name,()  .  INDEX_NAME (,)  TABLE_NAME    index_name;
Empty  (. sec)

運行sql：

mysql    test a  ( id  test  val  ,) b  ..;

| id      | val | source | id      |

|  |    |       |  |
|  |    |       |  |
|  |    |       |  |
|  |    |       |  |
|  |    |       |  |

 rows   (. sec)

mysql  index_name,()  .  INDEX_NAME (,)  TABLE_NAME    index_name;

| index_name | () |

| PRIMARY    |         |
| val        |       |

 rows   (. sec)

我們可以看明顯的看出兩者的差別：第一個sql加載了4098個數據頁到buffer pool，而第二個sql只加載了5個數據頁到buffer pool。符合我們的預測。也證實了爲什麼第一個sql會慢：讀取大量的無用數據行（300000），最後卻拋棄掉。

而且這會造成一個問題：加載了很多熱點不是很高的數據頁到buffer pool，會造成buffer pool的污染，佔用buffer pool的空間。

遇到的問題

 

爲了在每次重啓時確保清空buffer pool，我們需要關閉innodb_buffer_pool_dump_at_shutdown和innodb_buffer_pool_load_at_startup，這兩個選項能夠控制數據庫關閉時dump出buffer pool中的數據和在數據庫開啓時載入在磁盤上備份buffer pool的數據。

 

參考資料：

1.https://explainextended.com/2009/10/23/mysql-order-by-limit-performance-late-row-lookups/

2.https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-information-schema-buffer-pool-tables.html