MySQL 性能优化之Explain 使用分析

桃扇骨 2022-05-19 00:45 318阅读 0赞

简介

MySQL 提供了一个 EXPLAIN 命令, 它可以对 SELECT 语句进行分析, 并输出 SELECT 执行的详细信息, 以供开发人员针对性优化.
EXPLAIN 命令用法十分简单, 在 SELECT 语句前加上 Explain 就可以了, 例如:

  1. EXPLAIN SELECT * from user_info WHERE id < 300;

准备

为了接下来方便演示 EXPLAIN 的使用, 首先我们需要建立两个测试用的表, 并添加相应的数据:

  1. CREATE TABLE `user_info` (
  2.   `id`   BIGINT(20)  NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  3.   `name` VARCHAR(50) NOT NULL DEFAULT '',
  4.   `age`  INT(11)              DEFAULT NULL,
  5.   PRIMARY KEY (`id`),
  6.   KEY `name_index` (`name`)
  7. )
  8.   ENGINE = InnoDB
  9.   DEFAULT CHARSET = utf8
  11. INSERT INTO user_info (name, age) VALUES ('xys', 20);
  12. INSERT INTO user_info (name, age) VALUES ('a', 21);
  13. INSERT INTO user_info (name, age) VALUES ('b', 23);
  14. INSERT INTO user_info (name, age) VALUES ('c', 50);
  15. INSERT INTO user_info (name, age) VALUES ('d', 15);
  16. INSERT INTO user_info (name, age) VALUES ('e', 20);
  17. INSERT INTO user_info (name, age) VALUES ('f', 21);
  18. INSERT INTO user_info (name, age) VALUES ('g', 23);
  19. INSERT INTO user_info (name, age) VALUES ('h', 50);
  20. INSERT INTO user_info (name, age) VALUES ('i', 15);
  22. CREATE TABLE `order_info` (
  23.   `id`           BIGINT(20)  NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  24.   `user_id`      BIGINT(20)           DEFAULT NULL,
  25.   `product_name` VARCHAR(50) NOT NULL DEFAULT '',
  26.   `productor`    VARCHAR(30)          DEFAULT NULL,
  27.   PRIMARY KEY (`id`),
  28.   KEY `user_product_detail_index` (`user_id`, `product_name`, `productor`)
  29. )
  30.   ENGINE = InnoDB
  31.   DEFAULT CHARSET = utf8
  33. INSERT INTO order_info (user_id, product_name, productor) VALUES (1, 'p1', 'WHH');
  34. INSERT INTO order_info (user_id, product_name, productor) VALUES (1, 'p2', 'WL');
  35. INSERT INTO order_info (user_id, product_name, productor) VALUES (1, 'p1', 'DX');
  36. INSERT INTO order_info (user_id, product_name, productor) VALUES (2, 'p1', 'WHH');
  37. INSERT INTO order_info (user_id, product_name, productor) VALUES (2, 'p5', 'WL');
  38. INSERT INTO order_info (user_id, product_name, productor) VALUES (3, 'p3', 'MA');
  39. INSERT INTO order_info (user_id, product_name, productor) VALUES (4, 'p1', 'WHH');
  40. INSERT INTO order_info (user_id, product_name, productor) VALUES (6, 'p1', 'WHH');
  41. INSERT INTO order_info (user_id, product_name, productor) VALUES (9, 'p8', 'TE');

EXPLAIN 输出格式

EXPLAIN 命令的输出内容大致如下:

  1. mysql> explain select * from user_info where id = 2\G
  2. *************************** 1. row ***************************
  3.            id: 1
  4.   select_type: SIMPLE
  5.         table: user_info
  6.    partitions: NULL
  7.          type: const
  8. possible_keys: PRIMARY
  9.           key: PRIMARY
  10.       key_len: 8
  11.           ref: const
  12.          rows: 1
  13.      filtered: 100.00
  14.         Extra: NULL
  15. 1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

各列的含义如下:

  • id: SELECT 查询的标识符. 每个 SELECT 都会自动分配一个唯一的标识符.
  • select_type: SELECT 查询的类型.
  • table: 查询的是哪个表
  • partitions: 匹配的分区
  • type: join 类型
  • possible_keys: 此次查询中可能选用的索引
  • key: 此次查询中确切使用到的索引.
  • ref: 哪个字段或常数与 key 一起被使用
  • rows: 显示此查询一共扫描了多少行. 这个是一个估计值.
  • filtered: 表示此查询条件所过滤的数据的百分比
  • extra: 额外的信息

接下来我们来重点看一下比较重要的几个字段.

select_type

select_type 表示了查询的类型, 它的常用取值有:

  • SIMPLE, 表示此查询不包含 UNION 查询或子查询
  • PRIMARY, 表示此查询是最外层的查询
  • UNION, 表示此查询是 UNION 的第二或随后的查询
  • DEPENDENT UNION, UNION 中的第二个或后面的查询语句, 取决于外面的查询
  • UNION RESULT, UNION 的结果
  • SUBQUERY, 子查询中的第一个 SELECT
  • DEPENDENT SUBQUERY: 子查询中的第一个 SELECT, 取决于外面的查询. 即子查询依赖于外层查询的结果.

最常见的查询类别应该是 SIMPLE 了, 比如当我们的查询没有子查询, 也没有 UNION 查询时, 那么通常就是 SIMPLE 类型, 例如:

  1. mysql> explain select * from user_info where id = 2\G
  2. *************************** 1. row ***************************
  3.            id: 1
  4.   select_type: SIMPLE
  5.         table: user_info
  6.    partitions: NULL
  7.          type: const
  8. possible_keys: PRIMARY
  9.           key: PRIMARY
  10.       key_len: 8
  11.           ref: const
  12.          rows: 1
  13.      filtered: 100.00
  14.         Extra: NULL
  15. 1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

如果我们使用了 UNION 查询, 那么 EXPLAIN 输出 的结果类似如下:

  1. mysql> EXPLAIN (SELECT * FROM user_info  WHERE id IN (1, 2, 3))
  2.     -> UNION
  3.     -> (SELECT * FROM user_info WHERE id IN (3, 4, 5));
  4. +----+--------------+------------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+----------+-----------------+
  5. | id | select_type  | table      | partitions | type  | possible_keys | key     | key_len | ref  | rows | filtered | Extra           |
  6. +----+--------------+------------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+----------+-----------------+
  7. |  1 | PRIMARY      | user_info  | NULL       | range | PRIMARY       | PRIMARY | 8       | NULL |    3 |   100.00 | Using where     |
  8. |  2 | UNION        | user_info  | NULL       | range | PRIMARY       | PRIMARY | 8       | NULL |    3 |   100.00 | Using where     |
  9. | NULL | UNION RESULT | <union1,2> | NULL       | ALL   | NULL          | NULL    | NULL    | NULL | NULL |     NULL | Using temporary |
  10. +----+--------------+------------+------------+-------+---------------+---------+---------+------+------+----------+-----------------+
  11. 3 rows in set, 1 warning (0.00 sec)

table

表示查询涉及的表或衍生表

type

type 字段比较重要, 它提供了判断查询是否高效的重要依据依据. 通过 type 字段, 我们判断此次查询是 全表扫描 还是 索引扫描 等.

type 常用类型

type 常用的取值有:

  • system: 表中只有一条数据. 这个类型是特殊的 const 类型.

  • const: 针对主键或唯一索引的等值查询扫描, 最多只返回一行数据. const 查询速度非常快, 因为它仅仅读取一次即可.
    例如下面的这个查询, 它使用了主键索引, 因此 type 就是 const 类型的.

    mysql> explain select from user_info where id = 2\G
    **     1. row *

    1.        id: 1

    select_type: SIMPLE

    1.     table: user_info

    partitions: NULL

    1.      type: const

    possible_keys: PRIMARY

    1.       key: PRIMARY
    2.   key_len: 8
    3.       ref: const
    4.      rows: 1
    5.  filtered: 100.00
    6.     Extra: NULL

    1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

  • eq_ref: 此类型通常出现在多表的 join 查询, 表示对于前表的每一个结果, 都只能匹配到后表的一行结果. 并且查询的比较操作通常是 =, 查询效率较高. 例如:

    mysql> EXPLAIN SELECT FROM user_info, order_info WHERE user_info.id = order_info.user_id\G
    **     1. row *

    1.        id: 1

    select_type: SIMPLE

    1.     table: order_info

    partitions: NULL

    1.      type: index

    possible_keys: user_product_detail_index

    1.       key: user_product_detail_index
    2.   key_len: 314
    3.       ref: NULL
    4.      rows: 9
    5.  filtered: 100.00
    6.     Extra: Using where; Using index

    * 2. row *

    1.        id: 1

    select_type: SIMPLE

    1.     table: user_info

    partitions: NULL

    1.      type: eq_ref

    possible_keys: PRIMARY

    1.       key: PRIMARY
    2.   key_len: 8
    3.       ref: test.order_info.user_id
    4.      rows: 1
    5.  filtered: 100.00
    6.     Extra: NULL

    2 rows in set, 1 warning (0.00 sec)

  • ref: 此类型通常出现在多表的 join 查询, 针对于非唯一或非主键索引, 或者是使用了 最左前缀 规则索引的查询.
    例如下面这个例子中, 就使用到了 ref 类型的查询:

    mysql> EXPLAIN SELECT FROM user_info, order_info WHERE user_info.id = order_info.user_id AND order_info.user_id = 5\G
    **     1. row *

    1.        id: 1

    select_type: SIMPLE

    1.     table: user_info

    partitions: NULL

    1.      type: const

    possible_keys: PRIMARY

    1.       key: PRIMARY
    2.   key_len: 8
    3.       ref: const
    4.      rows: 1
    5.  filtered: 100.00
    6.     Extra: NULL

    * 2. row *

    1.        id: 1

    select_type: SIMPLE

    1.     table: order_info

    partitions: NULL

    1.      type: ref

    possible_keys: user_product_detail_index

    1.       key: user_product_detail_index
    2.   key_len: 9
    3.       ref: const
    4.      rows: 1
    5.  filtered: 100.00
    6.     Extra: Using index

    2 rows in set, 1 warning (0.01 sec)

  • range: 表示使用索引范围查询, 通过索引字段范围获取表中部分数据记录. 这个类型通常出现在 =, <>, >, >=, <, <=, IS NULL, <=>, BETWEEN, IN() 操作中.
    当 type 是 range 时, 那么 EXPLAIN 输出的 ref 字段为 NULL, 并且 key_len 字段是此次查询中使用到的索引的最长的那个.

例如下面的例子就是一个范围查询:

  1. mysql> EXPLAIN SELECT *
  2.     ->         FROM user_info
  3.     ->         WHERE id BETWEEN 2 AND 8 \G
  4. *************************** 1. row ***************************
  5.            id: 1
  6.   select_type: SIMPLE
  7.         table: user_info
  8.    partitions: NULL
  9.          type: range
  10. possible_keys: PRIMARY
  11.           key: PRIMARY
  12.       key_len: 8
  13.           ref: NULL
  14.          rows: 7
  15.      filtered: 100.00
  16.         Extra: Using where
  17. 1 row in set, 1 warning (0.00 sec)
  • index: 表示全索引扫描(full index scan), 和 ALL 类型类似, 只不过 ALL 类型是全表扫描, 而 index 类型则仅仅扫描所有的索引, 而不扫描数据.
    index 类型通常出现在: 所要查询的数据直接在索引树中就可以获取到, 而不需要扫描数据. 当是这种情况时, Extra 字段 会显示 Using index.

例如:

  1. mysql> EXPLAIN SELECT name FROM  user_info \G
  2. *************************** 1. row ***************************
  3.            id: 1
  4.   select_type: SIMPLE
  5.         table: user_info
  6.    partitions: NULL
  7.          type: index
  8. possible_keys: NULL
  9.           key: name_index
  10.       key_len: 152
  11.           ref: NULL
  12.          rows: 10
  13.      filtered: 100.00
  14.         Extra: Using index
  15. 1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

上面的例子中, 我们查询的 name 字段恰好是一个索引, 因此我们直接从索引中获取数据就可以满足查询的需求了, 而不需要查询表中的数据. 因此这样的情况下, type 的值是 index, 并且 Extra 的值是 Using index.

  • ALL: 表示全表扫描, 这个类型的查询是性能最差的查询之一. 通常来说, 我们的查询不应该出现 ALL 类型的查询, 因为这样的查询在数据量大的情况下, 对数据库的性能是巨大的灾难. 如一个查询是 ALL 类型查询, 那么一般来说可以对相应的字段添加索引来避免.
    下面是一个全表扫描的例子, 可以看到, 在全表扫描时, possible_keys 和 key 字段都是 NULL, 表示没有使用到索引, 并且 rows 十分巨大, 因此整个查询效率是十分低下的.

    mysql> EXPLAIN SELECT age FROM user_info WHERE age = 20 \G
    * 1. row *

    1.        id: 1

    select_type: SIMPLE

    1.     table: user_info

    partitions: NULL

    1.      type: ALL

    possible_keys: NULL

    1.       key: NULL
    2.   key_len: NULL
    3.       ref: NULL
    4.      rows: 10
    5.  filtered: 10.00
    6.     Extra: Using where

    1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

type 类型的性能比较

通常来说, 不同的 type 类型的性能关系如下:
ALL < index < range ~ index_merge < ref < eq_ref < const < system
ALL 类型因为是全表扫描, 因此在相同的查询条件下, 它是速度最慢的.
而 index 类型的查询虽然不是全表扫描, 但是它扫描了所有的索引, 因此比 ALL 类型的稍快.
后面的几种类型都是利用了索引来查询数据, 因此可以过滤部分或大部分数据, 因此查询效率就比较高了.

possible_keys

possible_keys 表示 MySQL 在查询时, 能够使用到的索引. 注意, 即使有些索引在 possible_keys 中出现, 但是并不表示此索引会真正地被 MySQL 使用到. MySQL 在查询时具体使用了哪些索引, 由 key 字段决定.

key

此字段是 MySQL 在当前查询时所真正使用到的索引.

key_len

表示查询优化器使用了索引的字节数. 这个字段可以评估组合索引是否完全被使用, 或只有最左部分字段被使用到.
key_len 的计算规则如下:

  • 字符串

    • char(n): n 字节长度
    • varchar(n): 如果是 utf8 编码, 则是 3 n + 2字节; 如果是 utf8mb4 编码, 则是 4 n + 2 字节.

  • 数值类型:

    • TINYINT: 1字节
    • SMALLINT: 2字节
    • MEDIUMINT: 3字节
    • INT: 4字节
    • BIGINT: 8字节

  • 时间类型

    • DATE: 3字节
    • TIMESTAMP: 4字节
    • DATETIME: 8字节
  • 字段属性: NULL 属性 占用一个字节. 如果一个字段是 NOT NULL 的, 则没有此属性.

我们来举两个简单的栗子:

  1. mysql> EXPLAIN SELECT * FROM order_info WHERE user_id < 3 AND product_name = 'p1' AND productor = 'WHH' \G
  2. *************************** 1. row ***************************
  3.            id: 1
  4.   select_type: SIMPLE
  5.         table: order_info
  6.    partitions: NULL
  7.          type: range
  8. possible_keys: user_product_detail_index
  9.           key: user_product_detail_index
  10.       key_len: 9
  11.           ref: NULL
  12.          rows: 5
  13.      filtered: 11.11
  14.         Extra: Using where; Using index
  15. 1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

上面的例子是从表 order_info 中查询指定的内容, 而我们从此表的建表语句中可以知道, 表 order_info 有一个联合索引:

  1. KEY `user_product_detail_index` (`user_id`, `product_name`, `productor`)

不过此查询语句 WHERE user_id < 3 AND product_name = 'p1' AND productor = 'WHH' 中, 因为先进行 user_id 的范围查询, 而根据 最左前缀匹配 原则, 当遇到范围查询时, 就停止索引的匹配, 因此实际上我们使用到的索引的字段只有 user_id, 因此在 EXPLAIN 中, 显示的 key_len 为 9. 因为 user_id 字段是 BIGINT, 占用 8 字节, 而 NULL 属性占用一个字节, 因此总共是 9 个字节. 若我们将user_id 字段改为 BIGINT(20) NOT NULL DEFAULT '0', 则 key_length 应该是8.

上面因为 最左前缀匹配 原则, 我们的查询仅仅使用到了联合索引的 user_id 字段, 因此效率不算高.

接下来我们来看一下下一个例子:

  1. mysql> EXPLAIN SELECT * FROM order_info WHERE user_id = 1 AND product_name = 'p1' \G;
  2. *************************** 1. row ***************************
  3.            id: 1
  4.   select_type: SIMPLE
  5.         table: order_info
  6.    partitions: NULL
  7.          type: ref
  8. possible_keys: user_product_detail_index
  9.           key: user_product_detail_index
  10.       key_len: 161
  11.           ref: const,const
  12.          rows: 2
  13.      filtered: 100.00
  14.         Extra: Using index
  15. 1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

这次的查询中, 我们没有使用到范围查询, key_len 的值为 161. 为什么呢? 因为我们的查询条件 WHERE user_id = 1 AND product_name = 'p1' 中, 仅仅使用到了联合索引中的前两个字段, 因此 keyLen(user_id) + keyLen(product_name) = 9 + 50 * 3 + 2 = 161

rows

rows 也是一个重要的字段. MySQL 查询优化器根据统计信息, 估算 SQL 要查找到结果集需要扫描读取的数据行数.
这个值非常直观显示 SQL 的效率好坏, 原则上 rows 越少越好.

Extra

EXplain 中的很多额外的信息会在 Extra 字段显示, 常见的有以下几种内容:

  • Using filesort
    当 Extra 中有 Using filesort 时, 表示 MySQL 需额外的排序操作, 不能通过索引顺序达到排序效果. 一般有 Using filesort, 都建议优化去掉, 因为这样的查询 CPU 资源消耗大.

例如下面的例子:

  1. mysql> EXPLAIN SELECT * FROM order_info ORDER BY product_name \G
  2. *************************** 1. row ***************************
  3.            id: 1
  4.   select_type: SIMPLE
  5.         table: order_info
  6.    partitions: NULL
  7.          type: index
  8. possible_keys: NULL
  9.           key: user_product_detail_index
  10.       key_len: 253
  11.           ref: NULL
  12.          rows: 9
  13.      filtered: 100.00
  14.         Extra: Using index; Using filesort
  15. 1 row in set, 1 warning (0.00 sec)

我们的索引是

  1. KEY `user_product_detail_index` (`user_id`, `product_name`, `productor`)

但是上面的查询中根据 product_name 来排序, 因此不能使用索引进行优化, 进而会产生 Using filesort.
如果我们将排序依据改为 ORDER BY user_id, product_name, 那么就不会出现 Using filesort 了. 例如:

  1. mysql> EXPLAIN SELECT * FROM order_info ORDER BY user_id, product_name \G
  2. *************************** 1. row ***************************
  3.            id: 1
  4.   select_type: SIMPLE
  5.         table: order_info
  6.    partitions: NULL
  7.          type: index
  8. possible_keys: NULL
  9.           key: user_product_detail_index
  10.       key_len: 253
  11.           ref: NULL
  12.          rows: 9
  13.      filtered: 100.00
  14.         Extra: Using index
  15. 1 row in set, 1 warning (0.00 sec)
  • Using index
    “覆盖索引扫描”, 表示查询在索引树中就可查找所需数据, 不用扫描表数据文件, 往往说明性能不错
  • Using temporary
    查询有使用临时表, 一般出现于排序, 分组和多表 join 的情况, 查询效率不高, 建议优化.

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