MySQL8.0发布，你熟悉又陌生的Hash Join？

昨天下午在查资料的时候，无意间点到了MySQL的doc。发现MySQL发布了一个新版本。

Mysql这个数据库有没有人不熟悉？不用的？没有吧。

2019年末，MySQL发布的8.0.18 GA版本，带来了一些新特性和增强功能。其中最引人注目的莫过于多表连接查询支持Hash Join。

还是老样子，建议英文好的同学直接看这里：https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/hash-joins.html

关于MySQL Hash Join的特性介绍：

• 对于大数据量的表关联，HJ(Hash Join)速度将明显比NL(Nested Loop)快很多

• 在内存中处理

• 必要情况下，会使用磁盘空间

• 用于内连接，可扩展到外连接、半连接和反连接

• 替换查询计划中的Block Nested Loop

• 可以通过HINT强制SQL走HJ或者NL

有的同学可能已经懵逼了。

什么是Hash Join？

什么是NL？

HINT又是什么鬼？

跟我有什么关系？

第一部分先做一个简单的科普

首先，在多表联合查询的时候，如果我们查看它的执行计划，就会发现里面有多表之间的连接方式。多表之间的连接有三种方式：Nested Loops，Hash Join 和 Sort Merge Join。

肯定有人说，阿里巴巴规范上都说了，并发情况下不能用多表查询。你有多大并发？任何一个系统的后台都会用到多表联合查询。

Hash Join 在Spark 和 Flink的SQL部分进行Join的时候都会被用到，之前我们发过一篇文章，《SparkSQL的3种Join实现》。

Hash Join散列连接是CBO做大数据集连接时的常用方式，而且通常适合大小表之间进行Join。一般来说，使用小表利用连接键（JOIN KEY）在内存中建立散列表，将列数据存储到hash列表中，然后扫描较大的表，同样对JOIN KEY进行HASH后探测散列表，找出与散列表匹配的行。

有的同学又懵逼了。CBO是什么？这里我们就不展开了，简单的说CBO是一种SQL优化方式，它会根据真实的数据情况，评估执行计划，选择代价最小的执行计划。

什么是执行计划？百度去吧...

那什么是Nested Loops？简单的说就是两层循环，用第一张表做Outter Loop，第二张表做Inner Loop，Outter Loop的每一条记录跟Inner Loop的记录作比较，找出符合条件的数据。当然Nested Loops有多种情况。我们举个最简单的例子，伪代码如下：

    for (r in R) {
        for (s in S) {
            if (r satisfy condition s) {
                output <r, s>;
            }
        }
    }

什么是Hint？Hint这个英文单词是提示的意思。简单的说，Hint特别像我们在开发代码时候的注释，代码中的注释是提示开发者或者其他人这段代码的意思。那么这个Hint在SQL中会起到特殊的作用，是对数据库的提示，表示希望数据库按照我的提示进行执行SQL。这里就不举例了。

书归正文，Hash Join在新版MySQL中如何使用？

我们直接用官网的例子。

假设我们有三张表如下：

CREATE TABLE t1 (c1 INT, c2 INT);
CREATE TABLE t2 (c1 INT, c2 INT);
CREATE TABLE t3 (c1 INT, c2 INT);

有一个简单的表关联查询：

SELECT *
    FROM t1
    JOIN t2
        ON t1.c1=t2.c1;

我们使用EXPLAIN FORMAT=TREE命令可以看到上面SQL的执行计划：

mysql> EXPLAIN FORMAT=TREE
    -> SELECT *
    ->     FROM t1
    ->     JOIN t2
    ->         ON t1.c1=t2.c1\G
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: -> Inner hash join (t2.c1 = t1.c1)  (cost=0.70 rows=1)
    -> Table scan on t2  (cost=0.35 rows=1)
    -> Hash
        -> Table scan on t1  (cost=0.35 rows=1)

我们看到关键词Inner hash join则代表这条SQL使用了Hash Join。

此外，多个表之间使用等值连接的的查询也会进行这种优化。例如以下查询：

SELECT *
    FROM t1
    JOIN t2
        ON (t1.c1 = t2.c1 AND t1.c2 < t2.c2)
    JOIN t3
        ON (t2.c1 = t3.c1);

通过EXPLAIN FORMAT=TREE命令的输出进行查看，我们同时可以发现非等值连接的条件会在最后变成过滤器。

mysql> EXPLAIN FORMAT=TREE
    -> SELECT *
    ->     FROM t1
    ->     JOIN t2
    ->         ON (t1.c1 = t2.c1 AND t1.c2 < t2.c2)
    ->     JOIN t3
    ->         ON (t2.c1 = t3.c1)\G
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: -> Inner hash join (t3.c1 = t1.c1)  (cost=1.05 rows=1)
    -> Table scan on t3  (cost=0.35 rows=1)
    -> Hash
        -> Filter: (t1.c2 < t2.c2)  (cost=0.70 rows=1)
            -> Inner hash join (t2.c1 = t1.c1)  (cost=0.70 rows=1)
                -> Table scan on t2  (cost=0.35 rows=1)
                -> Hash
                    -> Table scan on t1  (cost=0.35 rows=1)

从上面的日志也能看到 如果你的SQL包含多个等值连接，那么MySQL会使用多个Hash Join。

但是，注意啦！如果你的SQL中on条件中不是等值连接，那么不会采用Hash Join。

例如：

mysql> EXPLAIN FORMAT=TREE
    ->     SELECT *
    ->         FROM t1
    ->         JOIN t2
    ->             ON (t1.c1 = t2.c1)
    ->         JOIN t3
    ->             ON (t2.c1 < t3.c1)\G
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: <notexecutablebyiteratorexecutor>

我们EXPLAIN一下看看：

mysql> EXPLAIN
    ->     SELECT *
    ->         FROM t1
    ->         JOIN t2
    ->             ON (t1.c1 = t2.c1)
    ->         JOIN t3
    ->             ON (t2.c1 < t3.c1)\G
*************************** 1. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: t1
   partitions: NULL
         type: ALL
possible_keys: NULL
          key: NULL
      key_len: NULL
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: NULL
*************************** 2. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: t2
   partitions: NULL
         type: ALL
possible_keys: NULL
          key: NULL
      key_len: NULL
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using where; Using join buffer (Block Nested Loop)
*************************** 3. row ***************************
           id: 1
  select_type: SIMPLE
        table: t3
   partitions: NULL
         type: ALL
possible_keys: NULL
          key: NULL
      key_len: NULL
          ref: NULL
         rows: 1
     filtered: 100.00
        Extra: Using where; Using join buffer (Block Nested Loop)

看到了吧，MySQL这时候就会选择Nested Loop。

笛卡尔积查询也同样可以使用HJ：

mysql> EXPLAIN FORMAT=TREE
    -> SELECT *
    ->     FROM t1
    ->     JOIN t2
    ->     WHERE t1.c2 > 50\G
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: -> Inner hash join  (cost=0.70 rows=1)
    -> Table scan on t2  (cost=0.35 rows=1)
    -> Hash
        -> Filter: (t1.c2 > 50)  (cost=0.35 rows=1)
            -> Table scan on t1  (cost=0.35 rows=1)

注意看重点！

默认配置时，MySQL 会尽可能的使用Hash Join。 同时也提供了两种控制是否使用Hash Join的方法。 比如我就是不喜欢HJ，我就喜欢NL的龟速Join，然后项目经理让优化时候再打开HJ查询岂不是美滋滋？你说HJ跟你有没有关系

两种方式任选其一：

• 全局设置服务器系统变量hash_join=on

• 在SQL中使用Hint指定 HASH_JOIN 或者 NO_HASH_JOIN

更为牛逼的是，HJ自身不受索引的影响，意思就是即使没有进行索引优化，HJ依然速度很快。

下面是我找了一个网上其他人的测试，展示一下HJ的强大。

首先分别为 t1、t2 和 t3 生成 1000000 条记录：

set join_buffer_size=2097152000;

SET @@cte_max_recursion_depth = 99999999;

INSERT INTO t1
-- INSERT INTO t2
-- INSERT INTO t3
WITH RECURSIVE t AS (
  SELECT 1 AS c1, 1 AS c2
  UNION ALL
  SELECT t.c1 + 1, t.c1 * 2
    FROM t
   WHERE t.c1 < 1000000
)
SELECT *
  FROM t;

没有索引情况下的 hash join：

mysql> EXPLAIN ANALYZE
    -> SELECT COUNT(*)
    ->   FROM t1
    ->   JOIN t2
    ->     ON (t1.c1 = t2.c1)
    ->   JOIN t3
    ->     ON (t2.c1 = t3.c1)\G
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: -> Aggregate: count(0)  (actual time=22993.098..22993.099 rows=1 loops=1)
    -> Inner hash join (t3.c1 = t1.c1)  (cost=9952535443663536.00 rows=9952435908880402) (actual time=14489.176..21737.032 rows=1000000 loops=1)
        -> Table scan on t3  (cost=0.00 rows=998412) (actual time=0.103..3973.892 rows=1000000 loops=1)
        -> Hash
            -> Inner hash join (t2.c1 = t1.c1)  (cost=99682753413.67 rows=99682653660) (actual time=5663.592..12236.984 rows=1000000 loops=1)
                -> Table scan on t2  (cost=0.01 rows=998412) (actual time=0.067..3364.105 rows=1000000 loops=1)
                -> Hash
                    -> Table scan on t1  (cost=100539.40 rows=998412) (actual time=0.133..3395.799 rows=1000000 loops=1)

1 row in set (23.22 sec)

mysql> SELECT COUNT(*)
    ->   FROM t1
    ->   JOIN t2
    ->     ON (t1.c1 = t2.c1)
    ->   JOIN t3
    ->     ON (t2.c1 = t3.c1);
+----------+
| COUNT(*) |
+----------+
|  1000000 |
+----------+
1 row in set (12.98 sec)

实际运行花费了 12.98 秒。这个时候如果使用 block nested loop：

mysql> EXPLAIN FORMAT=TREE
    -> SELECT /*+  NO_HASH_JOIN(t1, t2, t3) */ COUNT(*)
    ->   FROM t1
    ->   JOIN t2
    ->     ON (t1.c1 = t2.c1)
    ->   JOIN t3
    ->     ON (t2.c1 = t3.c1)\G
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: <notexecutablebyiteratorexecutor>

1 row in set (0.00 sec)

SELECT /*+  NO_HASH_JOIN(t1, t2, t3) */ COUNT(*)
  FROM t1
  JOIN t2
    ON (t1.c1 = t2.c1)
  JOIN t3
    ON (t2.c1 = t3.c1);

EXPLAIN 显示无法使用 hash join。查询跑了几十分钟也没有出结果，其中一个 CPU 使用率到了 100%；因为一直在执行嵌套循环（1000000 的 3 次方）。

再看有索引时的 block nested loop 方法，增加索引：

mysql> CREATE index idx1 ON t1(c1);
Query OK, 0 rows affected (7.39 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

mysql> CREATE index idx2 ON t2(c1);
Query OK, 0 rows affected (6.77 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

mysql> CREATE index idx3 ON t3(c1);
Query OK, 0 rows affected (7.23 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

查看执行计划并运行相同的查询语句：

mysql> EXPLAIN ANALYZE
    -> SELECT COUNT(*)
    ->   FROM t1
    ->   JOIN t2
    ->     ON (t1.c1 = t2.c1)
    ->   JOIN t3
    ->     ON (t2.c1 = t3.c1)\G
*************************** 1. row ***************************
EXPLAIN: -> Aggregate: count(0)  (actual time=47684.034..47684.035 rows=1 loops=1)
    -> Nested loop inner join  (cost=2295573.22 rows=998412) (actual time=0.116..46363.599 rows=1000000 loops=1)
        -> Nested loop inner join  (cost=1198056.31 rows=998412) (actual time=0.087..25788.696 rows=1000000 loops=1)
            -> Filter: (t1.c1 isnotnull)  (cost=100539.40 rows=998412) (actual time=0.050..5557.847 rows=1000000 loops=1)
                -> Index scan on t1 using idx1  (cost=100539.40 rows=998412) (actual time=0.043..3253.769 rows=1000000 loops=1)
            -> Index lookup on t2 using idx2 (c1=t1.c1)  (cost=1.00 rows=1) (actual time=0.012..0.015 rows=1 loops=1000000)
        -> Index lookup on t3 using idx3 (c1=t1.c1)  (cost=1.00 rows=1) (actual time=0.012..0.015 rows=1 loops=1000000)

1 row in set (47.68 sec)

mysql> SELECT COUNT(*)
    ->   FROM t1
    ->   JOIN t2
    ->     ON (t1.c1 = t2.c1)
    ->   JOIN t3
    ->     ON (t2.c1 = t3.c1);
+----------+
| COUNT(*) |
+----------+
|  1000000 |
+----------+
1 row in set (19.56 sec)

实际运行花费了 19.56 秒。所以在我们这个场景中的测试结果如下：

再增加一个 Oracle 12c 中无索引时 Hash Join 结果：1.282 s。 

再增加一个 PostgreSQL 11.5 中无索引时 Hash Join 结果：6.234 s。 

再增加一个 SQL Server 2017 中无索引时 Hash Join 结果：5.207 s。

看到 Hash Join的强大了吧？你学到了吗？

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