神奇的 SQL 之 联表细节 → MySQL JOIN 的执行过程(二)

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开心一刻

  一头母牛在吃草,老是一头公牛从远处狂奔而来说:“快跑啊!!楼主来了!”

  母牛说:“楼主来了关我屁事啊?”

  公牛急忙说:“楼主吹牛逼呀!”

  母牛大惊,拔腿就跑,边跑边问:“你是公牛你怕哪些地方啊?”

  公牛无奈道:“现在的楼主不仅吹牛逼,还扯蛋!”

  全都 小牛也在跟着跑,公牛和母牛问:“儿子你跑哪些地方呢?”

  小牛说:“楼主还扯犊子啊”

前情回顾

  神奇的 SQL 之 联表细节 → MySQL JOIN 的执行过程(一)中,亲戚朋友 讲到了 JOIN 的主次内容,像:驱动表、JOIN 大致流程等。哪些地方,还没看?赶紧去看呀,啊? 你都知道呀,那你走吧

  走就走,你把欠的内容还上我应该 走;我欠哪些地方了? 我欠,我欠...  我好像是欠点东西

    1、BKA(Batched Key Access)

    2、ON 和 WHERE

  请各位坐好,我要要要结束了表演了

环境准备

  数据库: MySQL 5.7.1 

  存储引擎: InnoDB 

  建表和初始化数据

-- 查看版本和存储引擎
SELECT VERSION();
SHOW ENGINES;
SHOW VARIABLES LIKE '%storage_engine%';

-- 表创建与数据初始化
DROP TABLE IF EXISTS tbl_user;
CREATE TABLE tbl_user (
  id INT(11) UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
  user_name VARCHAR(150) NOT NULL COMMENT '用户名',
  sex TINYINT(1) NOT NULL COMMENT '性别, 1:男,0:女',
  create_time datetime NOT NULL COMMENT '创建时间',
  update_time datetime NOT NULL COMMENT '更新时间',
    remark VARCHAR(255) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '备注',
  PRIMARY KEY (id)
) COMMENT='用户表';

DROP TABLE IF EXISTS tbl_user_login_log;
CREATE TABLE tbl_user_login_log (
  id INT(11) UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
  user_name VARCHAR(150) NOT NULL COMMENT '用户名',
  ip VARCHAR(15) NOT NULL COMMENT '登录IP',
  client TINYINT(1) NOT NULL COMMENT '登录端, 1:android, 2:ios, 3:PC, 4:H5',
  create_time datetime NOT NULL COMMENT '创建时间',
  PRIMARY KEY (id)
) COMMENT='登录日志';
INSERT INTO tbl_user(user_name,sex,create_time,update_time,remark) VALUES
('何天香',1,NOW(), NOW(),'朗眉星目,一表人材'),
('薛沉香',0,NOW(), NOW(),'天星楼的总楼主薛摇红的女儿,也是天星楼的少总楼主,体态丰盈,乌发飘逸,指若春葱,袖臂如玉,风姿卓然,高贵典雅,人称“天星绝香”的武林第一大美女'),
('慕容兰娟',0,NOW(), NOW(),'武林东南西北四大世家之北世家慕容长明的独生女儿,生得玲珑剔透,粉雕玉琢,脾气却是刚烈无比,又喜着火红,全都人送绰号“火凤凰”,是除天星楼薛沉香之外的武林第二大美女'),
('苌婷',0,NOW(), NOW(),'当今皇上最宠爱的侄女,北王府的郡主,腰肢纤细,遍体罗绮,眉若墨画,唇点樱红;虽无沉香之雅重,兰娟之热烈,却别现出五种生活空灵'),
('柳含姻',0,NOW(), NOW(),'武林四绝之一的添愁仙子董婉婉的徒弟,体态窈窕,姿容秀丽,真个是秋水为神玉为骨,芙蓉如面柳如腰,眉若墨画,唇若点樱,不弱西子半分,更胜玉环一筹; 摇红楼、听雨轩,琵琶一曲值千金!'),
('李凝雪',0,NOW(), NOW(),'李相国的女儿,神采奕奕,英姿飒爽,爱憎分明'),
('周遗梦',0,NOW(), NOW(),'音神传人,湘妃竹琴的拥有者,云髻高盘,穿了一身黑色蝉翼纱衫,愈人太好冰肌玉骨,粉面樱唇,格外娇艳动人'),
('叶留痕',0,NOW(), NOW(),'圣域圣女,肤白如雪,白衣飘飘,宛如仙女一般,微笑中带着说不在

的柔和之美'),
('郭疏影',0,NOW(), NOW(),'扬灰右使的徒弟,秀发细眉,玉肌丰滑,娇润脱俗'),
('钟钧天',0,NOW(), NOW(),'天界,玄天九部 - 钧天部的部主,超凡脱俗,仙气逼人'),
('王雁云',0,NOW(), NOW(),'尘缘山庄二小姐,刁蛮任性'),
('许侍霜',0,NOW(), NOW(),'药王谷谷主女儿,医术高明'),
('冯黯凝',0,NOW(), NOW(),'桃花门门主,娇艳如火,千娇百媚');
INSERT INTO tbl_user_login_log(user_name, ip, client, create_time) VALUES
('薛沉香', '10.53.56.78',2, '2019-10-12 12:23:45'),
('苌婷', '10.53.56.78',2, '2019-10-12 22:23:45'),
('慕容兰娟', '10.53.56.12',1, '2018-08-12 22:23:45'),
('何天香', '10.53.56.12',1, '2019-10-19 10:23:45'),
('柳含姻', '198.11.132.198',2, '2018-05-12 22:23:45'),
('冯黯凝', '198.11.132.198',2, '2018-11-11 22:23:45'),
('周遗梦', '198.11.132.198',2, '2019-06-18 22:23:45'),
('郭疏影', '220.181.38.148',3, '2019-10-21 09:45:56'),
('薛沉香', '220.181.38.148',3, '2019-10-26 22:23:45'),
('苌婷', '104.69.1150.150',4, '2019-10-12 10:23:45'),
('王雁云', '104.69.1150.61',4, '2019-10-16 20:23:45'),
('李凝雪', '104.69.1150.62',4, '2019-10-17 20:23:45'),
('许侍霜', '104.69.1150.63',4, '2019-10-18 20:23:45'),
('叶留痕', '104.69.1150.64',4, '2019-10-19 20:23:45'),
('王雁云', '104.69.1150.65',4, '2019-10-20 20:23:45'),
('叶留痕', '104.69.1150.66',4, '2019-10-21 20:23:45');

SELECT * FROM tbl_user;
SELECT * FROM tbl_user_login_log;


DROP TABLE IF EXISTS tbl_range_access;
CREATE TABLE tbl_range_access (
  id INT(11) UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键',
  a INT(11) NOT NULL COMMENT '测试索引', 
    name VARCHAR(150) NOT NULL COMMENT '姓名',
    age TINYINT(3) NOT NULL COMMENT '年龄',
  PRIMARY KEY (id),
    INDEX i_a(a)
) COMMENT='mrr测试';
INSERT INTO tbl_range_access(a,name,age) VALUES
(5,'123654', 23),
(8, 'asdf',20),
(1,'lljl',19),
(4, '98459',64),
(7,'zhangsan', 45),
(9,'lisi',46),
(2,'zhaoqian',25),
(6,'hello', 23),
(3,'world',1150),
(10,'666',66),
(88, '888',88);

SELECT * FROM tbl_range_access;
View Code

  表 tbl_range_access 的数据要多或多或少,像上边示例必须 11 条记录,那么即使 a 字段上有索引, SELECT * FROM tbl_range_access WHERE a BETWEEN 4 AND 9; 全都 会走索引,执行计划如下

  数据很多,优化器人太好走索引,全都 回表查询数据,还不如直接走聚簇索引全表查询来的快,全都那么选折 走索引 i_a 

  既然数据很多,亲戚朋友 就多造点数据,运行 data-init 下的 RangeAccessTest.java 中的 batchAddData 土措施就好,轻轻松松 10W 到手! 此时执行计划如下

MRR

  讲 BKA 完后 了,亲戚朋友 不得不先看下 MRR,它是 BKA 的重要支柱

  全称 Multi-Range Read ,是对多行 IO 查询进行优化的五种生活策略,详情可看 MySQL 的 mrr-optimization 全都  MariaDB 的 Multi Range Read Optimization(MySQL 和 MariaDB 是哪些地方关系? 呃,那么说吧,亲戚朋友 是一个多 爹的儿子)。简单点来说,MRR 是优化器将随机 IO 转化为顺序 IO 以降低查询过程中 IO 开销的五种生活手段

哪些地方是读盘与落盘(IO)

    当前绝大十几个

情形下,MySQL 的数据是趋于稳定机械硬盘(SATA 盘)上的,极少数情形下是趋于稳定固态硬盘(SSD)上的;读盘指的是从磁盘读取数据的过程,落盘指的是从内存持久化到磁盘的过程

为哪些地方顺序读盘比随机读盘快

    这完整版也有绝对的,多数情形下是原先的;至于为哪些地方,这涉及到机械硬盘的硬件知识了,包括其组织价值形式,以及磁盘的读盘过程,另外还前要了解 MySQL 数据的落盘与读盘(页为单位),内容很多,就不在
本篇讲了(人太好是触及到了楼主的知识盲区,楼主不想!)
    MariaDB 中说明了如下 3 个意味


    1、Rotating drives do not have to move the head back and forth
    2、One can take advantage of IO-prefetching done at various levels
    3、Each disk page will be read exactly once, which means we won't rely on disk cache (or buffer pool) to save us from reading the same page multiple times

  使用场景

    完整版也有任何情形下 MySQL 也有使用 MRR 的,全都 在或多或少情形下会用 MRR 来进行优化

摘自 Multi Range Read Optimization

    MySQL 中的 NDB 也会用到 MRR,一般而言,亲戚朋友 不想关注,亲戚朋友 只关注上图中的情形就行了

  理论完后 来点案例,完美!

  range access

    表 tbl_range_access 的 a 字段上亲戚朋友 全都 建了索引 i_a ,亲戚朋友 来个范围查询,看下执行计划 EXPLAIN SELECT * FROM tbl_range_access WHERE a BETWEEN 4 AND 9;  如下

    此时那么用到 MRR,执行此查询时,磁盘 IO 访问模式将遵循下图中的红线

    全都 是 SELECT * ,全都通过索引 i_a 先找到主键 ID,全都 通过主键 ID 回表(从聚簇索引)查询完整版记录;a 在索引 i_a 中是有序的,但不保证主键在 i_a 中也是有序的(关于 MySQL 的索引,推荐亲戚朋友 去看:MySQL的索引),这就意味 回表的过程是随机 IO 

    为哪些地方 MySQL 那么采用 MRR 来保证回表的过程是顺序 IO 呢?mrr-optimization 富含那么得话

Two optimizer_switch system variable flags provide an interface to the use of MRR optimization. The mrr flag controls whether MRR is enabled. If mrr is enabled (on), the mrr_cost_based flag controls whether the optimizer attempts to make a cost-based choice between using and not using MRR (on) or uses MRR whenever possible (off). By default, mrr is on and mrr_cost_based is on

     mrr 和 mrr_cost_based 的默认值是 on ;我简单画个图,亲戚朋友 就明白这一个多 开关的作用了

    上边的示例固然没使用 MRR,是优化器人太好使用 MRR 反而提升了成本,还不如不使用

    亲戚朋友 强制优化器使用 MRR:

-- 查看所有开关及其默认值
SELECT @@optimizer_switch;

-- mrr_cost_based设置成off,强制优化器使用 mrr
SET optimizer_switch='mrr_cost_based=off'; 

    亲戚朋友 再来看看执行计划是哪些地方样的

    此时用到 MRR,执行此查询时,磁盘 IO 访问模式将遵循下图中的红线

    此时回表查询的主键是有序的,会采用顺序 IO 来读取数据,从而提高查询强度

MySQL 富含个 rowids_buffer,用来缓存从索引 i_a 中查询到的数据记录(富含字段 a 和主键 ID),缓存满了全都

索引查完了,再对缓存中记录按照主键 id 进行排序,再用排序后的主键 id 进行回表,使得回表查询的过程是顺序 IO

  是完整版也有感觉 MRR 有点像二级索引与主键的 JOIN 操作,有这感觉就对了,上边的 BKA 也就好理解了

BKA

  BKA 全称是: Batched Key Access ,是对  INL 优化后的五种生活联表算法,相似与 BNL 对 SNL 的优化,但又或多或少不同,具体亲戚朋友 往下看

  先在表 tbl_user 新增一个多 索引  ALTER TABLE tbl_user ADD index i_aaa(user_name); ,此时查看执行计划 EXPLAIN SELECT * FROM tbl_user_login_log tl LEFT JOIN tbl_user tu ON tl.user_name = tu.user_name; 如下图

  此时的联表算法全都 INL,全都 表 tbl_user_login_log 的 user_name 是无索引的,那么从表 tbl_user_login_log 取出的 user_name 的值全都 无序的,再去关联 tbl_user ,就会随机匹配索引 i_aaa ,相似下图

  是完整版也有有点相似于前面讲过的回表随机 IO ?

  BKA 功能默认是关闭的( batched_key_access=off ),开启它 

SET optimizer_switch='mrr=on,mrr_cost_based=off,batched_key_access=on';

  亲戚朋友 再来看执行计划

   从tbl_user_login_log 查询到的 user_name 的值先放到 join buffer,当 join buffer 满了全都 数据查完了,再对 join buffer 上边的值进行排序,全都 再去关联 tbl_user ,此时就会顺序匹配索引 i_aaa ,相似下图

  全都 前要回表,那么 MySQL 会按完后 讲到过的回表流程再优化一次

默认值的思考

  MRR 相关的 3 个开关的默认值是原先的 mrr=on,mrr_cost_based=on,batched_key_access=off 

   mrr=on 表示 mrr 功能是开启的,开启暂且代表也有使用,但不开启则一定享受必须 mrr 带来的优化; 

  mrr_cost_based=on 表示优化器会基于成本考虑来决定是是否使用 mrr,使用 mrr 反而使成本变高,那为哪些地方使用 mrr ?必须 mrr 人太好是带来了强度上的提升,那么使用它才有意义,全都 成本的计算又是优化器来完成的,全都 是一个多 复杂的过程,一定能保证优化器的成本计是否准确的吗? 1150%准确肯定不敢保证,但经过那么多年的沉淀,绝大多数情形下,优化器的成本计是否准确的,全都 mrr_cost_based 建议就采用默认值 on ,由优化器来决定是是否采用 mrr

   batched_key_access=off 表示默认不启用 BKA,说实话,我没太理解那么做的意图;既然是是否使用 mrr 交由优化器来决定了,没哪些地方不把是是否使用 BKA 也交由优化器来决定?我要要猜到的全都 意味 之一是 基本用必须 ,为哪些地方那么说? 亲戚朋友 回想下 BKA 会在哪些地方情形下使用: 驱动表在关联的字段上无索引,而被驱动表在关联的字段上有索引 ,而全都 驱动表在关联的字段上有索引了,还有必要进行缓存、排序、再关联被驱动表吗 ? 很显然暂且了,全都 索引的字段原先全都 有序的了;而实际应用中,关联的字段,不管是驱动表还是被驱动表,往往是同去趋于稳定索引的,而完整版也一个多 趋于稳定索引而原先不趋于稳定索引。这全都 我当事人的猜想,望知道的大神能解惑下,小弟不胜感激!

总结

  1、mrr 带来的性能上的提升全都 将随机 IO 优化成 顺序 IO,从而提高查询强度

  2、mrr 的使用场景比较有限, range access 和基于 req、eq_ref access 的 BKA,至于或多或少不适用的场景,亲戚朋友 可以 结合 mrr 的价值形式分挥发性意味

  3、mrr 相关的 3 个开关的默认值不建议改动,这原先 MySQL 那么多年的经验总结

    其他同学全都 会原先说了,既然这 3 个开关不推荐改,那看与不看这篇博文没哪些地方区别,额...,你好像说的对

  4、关于 ON 和 WHERE,我必须说真的抱歉了,又要往后拖了,人太好是不行,你,你......,你来打我呀