explain | 索引优化的这把绝世好剑，你真的会用吗？

前言

对于互联网公司来说，随着用户量和数据量的不断增加，慢查询是无法避免的问题。一般情况下如果出现慢查询，意味着接口响应慢、接口超时等问题。如果是高并发的场景，可能会出现数据库连接被占满的情况，直接导致服务不可用。

慢查询的确会导致很多问题，我们要如何优化慢查询呢？

主要解决办法有：

• 监控sql执行情况，发邮件、短信报警，便于快速识别慢查询sql
• 打开数据库慢查询日志功能
• 简化业务逻辑
• 代码重构、优化
• 异步处理
• sql优化
• 索引优化

其他的办法先不说，后面有机会再单独介绍。今天我重点说说索引优化，因为它是解决慢查询sql问题最有效的手段。

如何查看某条sql的索引执行情况呢？

没错，在sql前面加上explain关键字，就能够看到它的执行计划，通过执行计划，我们可以清楚的看到表和索引执行的情况，索引有没有执行、索引执行顺序和索引的类型等。

索引优化的步骤是：

1. 使用explain查看sql执行计划
2. 判断哪些索引使用不当
3. 优化sql，sql可能需要多次优化才能达到索引使用的最优值

既然索引优化的第一步是使用explain，我们先全面的了解一下它。

explain介绍

先看看mysql的官方文档是怎么描述explain的：

• EXPLAIN可以使用于 SELECT， DELETE， INSERT， REPLACE，和 UPDATE语句。
• 当EXPLAIN与可解释的语句一起使用时，MySQL将显示来自优化器的有关语句执行计划的信息。也就是说，MySQL解释了它将如何处理该语句，包括有关如何连接表以及以何种顺序连接表的信息。
• 当EXPLAIN与非可解释的语句一起使用时，它将显示在命名连接中执行的语句的执行计划。
• 对于SELECT语句， EXPLAIN可以显示的其他执行计划的警告信息。

explain详解

explain的语法：

{EXPLAIN | DESCRIBE | DESC}
    tbl_name [col_name | wild]

{EXPLAIN | DESCRIBE | DESC}
    [explain_type]
    {explainable_stmt | FOR CONNECTION connection_id}

explain_type: {
    EXTENDED
  | PARTITIONS
  | FORMAT = format_name
}

format_name: {
    TRADITIONAL
  | JSON
}

explainable_stmt: {
    SELECT statement
  | DELETE statement
  | INSERT statement
  | REPLACE statement
  | UPDATE statement
}

用一条简单的sql看看使用explain关键字的效果：

explain  select * from test1;

执行结果：从上图中看到执行结果中会显示12列信息，每列具体信息如下：

说白了，我们要搞懂这些列的具体含义才能正常判断索引的使用情况。

话不多说，直接开始介绍吧。

id列

该列的值是select查询中的序号，比如：1、2、3、4等，它决定了表的执行顺序。

某条sql的执行计划中一般会出现三种情况：

1. id相同
2. id不同
3. id相同和不同都有

那么这三种情况表的执行顺序是怎么样的呢？

1.id相同

执行sql如下：

explain  select * from test1 t1 inner  join test1 t2 on t1.id=t2.id

结果：我们看到执行结果中的两条数据id都是1，是相同的。

这种情况表的执行顺序是怎么样的呢？

答案：从上到下执行，先执行表t1，再执行表t2。

执行的表要怎么看呢？

答案：看table字段，这个字段后面会详细解释。

2.id不同

执行sql如下：

explain  select * from test1 t1 where t1.id = (select  id  from  test1 t2 where  t2.id=2);

结果：我们看到执行结果中两条数据的id不同，第一条数据是1，第二条数据是2。

这种情况表的执行顺序是怎么样的呢？

答案：序号大的先执行，这里会从下到上执行，先执行表t2，再执行表t1。

3.id相同和不同都有

执行sql如下：

explain 
select t1.* from test1 t1
inner  join (select  max(id) mid  from test1 group  by  id) t2
on t1.id=t2.mid

结果：

我们看到执行结果中三条数据，前面两条数据的的id相同，第三条数据的id跟前面的不同。

这种情况表的执行顺序又是怎么样的呢？

答案：先执行序号大的，先从下而上执行。遇到序号相同时，再从上而下执行。所以这个列子中表的顺序顺序是：test1、t1、

也许你会在这里心生疑问：<derived2> 是什么鬼？

它表示派生表，别急后面会讲的。

还有一个问题：id列的值允许为空吗？

答案在后面揭晓。

select_type列

该列表示select的类型。具体包含了如下11种类型：

但是常用的其实就是下面几个：

类型	含义
SIMPLE	简单SELECT查询，不包含子查询和UNION
PRIMARY	复杂查询中的最外层查询，表示主要的查询
SUBQUERY	SELECT或WHERE列表中包含了子查询
DERIVED	FROM列表中包含的子查询，即衍生
UNION	UNION关键字之后的查询
UNION RESULT	从UNION后的表获取结果集

下面看看这些SELECT类型具体是怎么出现的：

1. SIMPLE

   执行sql如下：

   explain select * from test1;
   

   结果：

   它只在简单SELECT查询中出现，不包含子查询和UNION，这种类型比较直观就不多说了。

2. PRIMARY 和 SUBQUERY

   执行sql如下：

   explain select * from test1 t1 where t1.id = (select id from  test1 t2 where  t2.id=2);

   结果：

   我们看到这条嵌套查询的sql中，最外层的t1表是PRIMARY类型，而最里面的子查询t2表是SUBQUERY类型。

3. DERIVED

   执行sql如下：

   explain
   select t1.* from test1 t1
   inner join (select max(id) mid from test1 group by id) t2
   on t1.id=t2.mid
   

   结果：

   最后一条记录就是衍生表，它一般是FROM列表中包含的子查询，这里是sql中的分组子查询。

4. UNION 和 UNION RESULT

   执行sql如下：

   explain
   select * from test1
   union
   select* from test2
   

   结果：

     test2表是UNION关键字之后的查询，所以被标记为UNION，test1是最主要的表，被标记为PRIMARY。而<union1,2>表示id=1和id=2的表union，其结果被标记为UNION RESULT。

UNION 和 UNION RESULT一般会成对出现。

此外，回答上面的问题：id列的值允许为空吗？

如果仔细看上面那张图，会发现id列是可以允许为空的，并且是在SELECT类型为： UNION RESULT的时候。

table列

该列的值表示输出行所引用的表的名称，比如前面的：test1、test2等。

但也可以是以下值之一：

• <unionM,N>：具有和id值的行的M并集N。
• <derivedN>：用于与该行的派生表结果id的值N。派生表可能来自（例如）FROM子句中的子查询 。
• <subqueryN>：子查询的结果，其id值为N

partitions列

该列的值表示查询将从中匹配记录的分区

type列

该列的值表示连接类型，是查看索引执行情况的一个重要指标。包含如下类型：

执行结果从最好到最坏的的顺序是从上到下。

我们需要重点掌握的是下面几种类型：

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

在演示之前，先说明一下test2表中只有一条数据：

并且code字段上面建了一个普通索引：

下面逐一看看常见的几个连接类型是怎么出现的：

1. system

   这种类型要求数据库表中只有一条数据，是const类型的一个特例，一般情况下是不会出现的。

2. const

   通过一次索引就能找到数据，一般用于主键或唯一索引作为条件的查询sql中，执行sql如下：

   explain select * from test2 where id=1;
   

   结果：

3. eq_ref

   常用于主键或唯一索引扫描。执行sql如下：

   explain select * from test2 t1 inner join test2 t2 on t1.id=t2.id;
   

   结果：

   此时，有人可能感到不解，const和eq_ref都是对主键或唯一索引的扫描，有什么区别？
   

    答：const只索引一次，而eq_ref主键和主键匹配，由于表中有多条数据，一般情况下要索引多次，才能全部匹配上。

4. ref

   常用于非主键和唯一索引扫描。执行sql如下：

   explain select * from test2 where code = '001';
   

   结果：

5. range

   常用于范围查询，比如：between ... and 或 In 等操作，执行sql如下：

   explain select * from test2 where id between 1 and 2;
   

   结果：

6. index

   全索引扫描。执行sql如下：

   explain select code from test2;
   

   结果：

7. ALL

   全表扫描。执行sql如下：

   explain select *  from test2;
   

   结果：

possible_keys列

该列表示可能的索引选择。

请注意，此列完全独立于表的顺序，这就意味着possible_keys在实践中，某些键可能无法与生成的表顺序一起使用。

如果此列是NULL，则没有相关的索引。在这种情况下，您可以通过检查该WHERE 子句以检查它是否引用了某些适合索引的列，从而提高查询性能。

key列

该列表示实际用到的索引。

可能会出现possible_keys列为NULL，但是key不为NULL的情况。

演示之前，先看看test1表结构：

test1表中数据：

使用的索引：

code和name字段使用了联合索引。

执行sql如下：

explain select code  from test1;

结果：

这条sql预计没有使用索引，但是实际上使用了全索引扫描方式的索引。

key_len列

该列表示使用索引的长度。上面的key列可以看出有没有使用索引，key_len列则可以更进一步看出索引使用是否充分。不出意外的话，它是最重要的列。

有个关键的问题浮出水面：key_len是如何计算的？

决定key_len值的三个因素：

  1.字符集

  2.长度

  3.是否为空 

常用的字符编码占用字节数量如下：

目前我的数据库字符编码格式用的：UTF8占3个字节。

mysql常用字段占用字节数：

字段类型	占用字节数
char(n)	n
varchar(n)	n + 2
tinyint	1
smallint	2
int	4
bigint	8
date	3
timestamp	4
datetime	8

此外，如果字段类型允许为空则加1个字节。

上图中的 184是怎么算的？

184 = 30 * 3 + 2 + 30 * 3 + 2

  再把test1表的code字段类型改成char，并且改成允许为空：

执行sql如下：

explain select code  from test1;

结果：

怎么算的？

183 = 30 * 3 + 1 + 30 * 3 + 2

还有一个问题：为什么这列表示索引使用是否充分呢，还有使用不充分的情况？

执行sql如下：

explain select code  from test1 where code='001';

结果：

上图中使用了联合索引：idx_code_name，如果索引全匹配key_len应该是183，但实际上却是92，这就说明没有使用所有的索引，索引使用不充分。

ref列

该列表示索引命中的列或者常量。

执行sql如下：

explain select *  from test1 t1 inner join test1 t2 on t1.id=t2.id where t1.code='001';

结果：

我们看到表t1命中的索引是const(常量)，而t2命中的索引是列sue库的t1表的id字段。

rows列

该列表示MySQL认为执行查询必须检查的行数。

对于InnoDB表，此数字是估计值，可能并不总是准确的。

filtered列

该列表示按表条件过滤的表行的估计百分比。最大值为100，这表示未过滤行。值从100减小表示过滤量增加。

rows显示了检查的估计行数，rows× filtered显示了与下表连接的行数。例如，如果 rows为1000且 filtered为50.00（50％），则与下表连接的行数为1000×50％= 500。

Extra列

该字段包含有关MySQL如何解析查询的其他信息，这列还是挺重要的，但是里面包含的值太多，就不一一介绍了，只列举几个常见的。

1. Impossible WHERE

   表示WHERE后面的条件一直都是false，

   执行sql如下：

   explain select code  from test1 where 'a' = 'b';
   

   结果：

2. Using filesort

   表示按文件排序，一般是在指定的排序和索引排序不一致的情况才会出现。

   执行sql如下：

   explain select code  from test1 order by name desc;
   

   结果：

   这里建立的是code和name的联合索引，顺序是code在前，name在后，这里直接按name降序，跟之前联合索引的顺序不一样。
   

3. Using index

   表示是否用了覆盖索引，说白了它表示是否所有获取的列都走了索引。

   上面那个例子中其实就用到了：Using index，因为只返回一列code，它字段走了索引。

4. Using temporary

   表示是否使用了临时表，一般多见于order by 和 group by语句。

   执行sql如下：

   explain select name  from test1 group by name;
   

   结果：

5. Using where

   表示使用了where条件过滤。

6. Using join buffer

   表示是否使用连接缓冲。来自较早联接的表被部分读取到联接缓冲区中，然后从缓冲区中使用它们的行来与当前表执行联接。

索引优化的过程

   1.先用慢查询日志定位具体需要优化的sql

   2.使用explain执行计划查看索引使用情况

   3.重点关注：

       key（查看有没有使用索引）

       key_len（查看索引使用是否充分）

       type（查看索引类型）

       Extra（查看附加信息：排序、临时表、where条件为false等）

   一般情况下根据这4列就能找到索引问题。

   4.根据上1步找出的索引问题优化sql

   5.再回到第2步

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